Електротехніка та електроенергетика - 2024, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25177
Browse
Recent Submissions
Item Мехатронна система для вивчення процесів керування на прикладі моделі літального апарату типу «Планер»(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Назарова, Олена Сергіївна; Кулинич, Едуард Михайлович; Бережний, Олександр Юрійович; Nazarova, O .S.; Kulynych, Е. М.; Berezhnyi, O. Yu.UK: Мета роботи. Розробка мехатронної системи на прикладі моделі літального апарата типу «Планер» для вивчення та дослідження процесів керування ним. Методи дослідження. Фізичний експеримент на розробленому лабораторному стенді, комп’ютерне моделювання, розрахунково-аналітичний. Отримані результати. В ході дослідження було розглянуто та проаналізовано основні процеси керування планером: взаємодію органів керування пілота та діючих механізмів крила. Проведено аналіз недоліків та переваг існуючих розробок за досліджуваною тематикою з урахуванням питань мобільності, економічності, простоти і надійності виконання, а також можливості використання в якості навчального стенду. Розроблено лабораторний стенд у вигляді мехатронної системи на прикладі моделі літального апарата типу «Планер» для вивчення та дослідження процесів взаємодії органів керування та виконавчих механізмів польоту. Підключення програмно-апаратного комплексу здійснюється за допомогою інтерфейсу USB. Для обробки команд процесору та конвертації їх у рухи елеронів використано SOC платформу з мікроконтролером ArduinoUno. В якості інтерфейсу керування обрано джойстик Logitech Extreme 3D. З метою підвищення подібності до реальних систем передбачено певну затримку (інерцію) між моментом впливу оператора на джойстик та реакцією планера. Як матеріал моделі планера використано пінополістирол. Сервоприводи MG-90S та DS-37 використовуються для керування положенням рухомих частин моделі планера. Обертання планера здійснюється за допомогою двигуна 28BYJ-48. Розроблено програмне забезпечення, особливістю якого є легке налаштування та швидкий запуск лабораторного стенду. Передбачити можливість ведення журналу, який дозволить проводити аналіз дій оператора стенду. В результаті проведеного дослідження було визначено особливості керування планером та структуру механізмів, що забезпечують процес керування. Наукова новизна. Запропоновано та розроблено мехатронну систему моделі літального апарату типу «Планер» на основі програмно-апаратного комплексу на базі ArduinoUno, який відрізняється від існуючих наявністю програми, яка забезпечує легке налаштування та швидкий запуск літального апарату, що дозволяє досліджувати взаємодію органів керування та виконавчих механізмів польоту. Практична цінність. Розроблений лабораторний стенд на основі літального апарату типу «Планер» розширює можливості вивчення та дослідження електромеханічних процесів систем автоматичного керування складними мехатронними об’єктами. EN: Purpose. Development of a mechatronic system based on the example of a Glider type aircraft model for studying and researching its control processes. Methodology. Physical experiment on the developed laboratory bench, computer modelling, calculation and analytical methods. Findings. In the course of the study, the main processes of glider control were considered and analyzed: the interaction of the pilot's controls and the operating mechanisms of the wing. An analysis of the shortcomings and advantages of existing developments on the subject under study was carried out, taking into account the issues of mobility, economy, simplicity and reliability of implementation, as well as the possibility of using it as a training stand. A laboratory stand has been developed in the form of a mechatronic system based on the example of a "Glider" type aircraft model for studying and researching the interaction processes of control bodies and flight executive mechanisms. The software and hardware complex is connected using the USB interface. A SOC platform with an ArduinoUno microcontroller was used to process processor commands and convert them into aileron movements. The Logitech Extreme 3D joystick was chosen as the control interface. In order to increase the similarity to real systems, a certain delay (inertia) is provided between the moment of the operator's impact on the joystick and the response of the glider. Styrofoam was used as the material of the glider model. Servo drives MG-90S and DS-37 are used to control the position of the moving parts of the glider model. The airframe is rotated using a 28BYJ-48 engine. Software has been developed, the feature of which is easy setup and quick start-up of the laboratory stand. Provide for the possibility of keeping a log, which will allow analysis of the actions of the stand operator. As a result of the conducted research, the features of glider control and the structure of the mechanisms that ensure the control process were determined. Originality. A mechatronic system of a "Glider" type aircraft model based on an ArduinoUno-based softwarehardware complex has been proposed and developed, which differs from the existing ones by the presence of a program that provides easy setup and quick start-up of the aircraft, which allows you to study the interaction of control bodies and executive mechanisms flight. Practical value. The developed laboratory stand based on the "Glider" type aircraft expands the possibilities of studying and researching electromechanical processes of automatic control systems of complex mechatronic objects.Item Обгрунтування енергоефективності автоматизованої технології опалення на ГЕС(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Олішевський, І. Г.; Olishevskyi, I. H.UK: Мета роботи. Обґрунтування раціональних параметрів керування тепловими насосами для забезпечення енергоефективної роботи гідроелектростанцій в режимі опалення. Розробка автоматизованої методики розрахунку раціональних параметрів комплексної системи гідроелектростанції (ГЕС), що працює в режимі опалення. Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання. Отриманні результати. Аналітично обґрунтовано застосування теплового насосу для забезпечення теплофікаційного режиму на гідроелектростанції для потреб опалення та гарячого водопостачання будівель, а також визначені раціональні параметри теплового насосу, що забезпечують ефективний теплофікаційний режим на гідроелектростанції. Пропускати через тепловий насос повний потік води, що проходить через гідроагрегат, є недоцільним і неефективним, тому що в цьому випадку споживання енергії в компресорі теплового насоса в рази перевищує споживання гідроагрегату в насосному режимі, що знецінює запропонований захід як енергозберігаючий. Тому обґрунтовано граничні та раціональні значення конструктивних та робочих параметрів теплового насосу та теплового аккумулятора, що забезпечують опалювальний режим роботи ГЕС для задоволення потреб гарячого водопостачання. За запропонованою технологією досліджено роботу гідроагрегату типовою потужністю 120 МВт в режимі опалення за різних енерговитрат на електропривод теплового насосакомпресора. Відповідно до цих витрат змінилися величини та співвідношення часток виробництва електроенергії та тепла модернізованої ГЕС. Запропонована нетрадиційна технологія переводу ГЕС у теплофікаційний режим дозволяє здійснювати широке ефективне маневрування у різних співвідношеннях часток електричної та теплової генерацій на відміну від ТЕЦ та інших енергетичних установок.Розглянута технологія дозволяє практично не витрачати невідновлювані енергетичні ресурси, забезпечуючи споживачів одночасно електричною та тепловою енергією. Наукова новизна. Обґрунтовано технологію використання теплового насоса для переведення роботи гідроелектростанції в теплофікаційний режим (опалення та гаряче водопостачання житлових будинків). Розроблено автоматизовану методику визначення раціональних параметрів теплового насоса (ТН) для забезпечення теплофікаційного режиме ГЕС. Розроблена автоматизована методика дозволяє обчислювати значення експлуатаційних параметрів ТН для балансового та довільних режимів, що забезпечують теплофікаційне функціонування ГЕС для задоволення поточних потреб опалення та гарячого водопостачання. Практична цінність. Застосування теплового насосу на ГЕС для потреб опалення та гарячого водопостачання дозволяє на третину зекономити витрати умовного палива у порівнянні з котельним агрегатом. EN: Purpose. Justification of rational control parameters of heat pumps to ensure energy-efficient operation of hydroelectric power plants in heating mode. Development of an automated methodology for calculating rational parameters for a complex system of hydroelectric power station (HPS) operating in heating mode. Methodology. Mathematical analysis and modeling. Findings. The application of the heat pump to ensure the heating mode at the hydroelectric power station for the needs of heating and hot water supply of buildings is analytically substantiated, as well as the rational parameters of the heat pump, which ensure the efficient heating mode at the hydroelectric power station, are determined. It is impractical and inefficient to pass the full flow of water passing through the hydraulic unit through the heat pump, because in this case the energy consumption in the heat pump compressor is several times higher than the consumption of the hydraulic unit in pumping mode, which devalues the proposed measure as an energy-saving measure. Therefore, the limiting and rational values of the design and operating parameters of the heat pump and heat accumulator, which ensure the heating mode of operation of the HPS to meet the needs of hot water supply, were substantiated. According to the proposed technology, the operation of a hydro unit with a typical capacity of 120 MW in the heating mode for various energy consumptions for the electric drive of the heat pump compressor was investigated. In accordance with these costs, the values and ratios of the electricity and heat generation shares of the modernized HPS changed. The proposed unconventional technology for converting hydroelectric power plants to the heat generation mode allows for wide effective maneuvering in different proportions of electric and thermal generation, unlike CHP and other power plants. The technology under consideration allows for virtually no consumption of non-renewable energy resources, providing consumers with both electric and thermal energy. Originality. The technology of using a heat pump to transfer the operation of the hydroelectric power station to the heating mode (heating and hot water of residential buildings) is substantiated. An automated technique for determining the rational parameters of heat pump (HP) for the implementation of HPS heating technology has been developed. The developed automated technique allows to calculate the values of operational parameters of HP for the balance and arbitrary modes, which ensure the heating operation of the HPS to meet the current needs of heating and hot water supply. Practical value. The use of a heat pump at a hydroelectric power station for heating and hot water supply allows you to save a third of conventional fuel consumption compared to a boiler unit.Item Дослідження напруги несиметрії у трифазних мережах з різними режимами нейтралі(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Степаненко, Ю. В.; Stepanenko, Y. V.UK: Мета роботи. Визначення впливу параметрів мереж з різними режимами нейтралі на напругу нульової послідовності. Методи дослідження. Методологія дослідження базується на загальній теорії електротехніки і, зокрема, на методі симетричних складових. Отримані результати. Розроблено математичну модель для встановлення характеру зміни напруги нульової послідовності для різних режимів нейтралі мережі. Встановлено значення напруг нульової послідовності та кутів між вектором напруги фази з несиметрією та вектором напруги нульової послідовності залежно від ємнісної несиметрії, ємності та активного опору ізоляції мережі для різних режимів нейтралі. Наукова новизна. Проведені дослідження показали, що найбільше зростання напруги нульової послідовності відзначається при ємності несиметрії, яка становить 10...30% від ємності ізоляції мережі. Причому найбільш суттєвий вплив відносна ємнісна несиметрія ізоляції при зміні значень ємності мережі відносно землі надає на величину напруги нульової послідовності в мережах з компенсованою нейтраллю і практично виключається при повністю ізольованій нейтралі мережі відносно землі. Практична цінність. Для реальних параметрів мережі за результатами теоретичних та експериментальних досліджень можна судити про працездатність існуючих засобів захисту та використовувати їх при розробці нових принципів і пристроїв захисту. EN: Purpose.Determination of the influence of network parameters with different neutral modes on the zero-sequence voltage Methodology. The research methodology is based on the general theory of electrical engineering and, in particular, on the method of symmetrical components. Findings. A mathematical model has been developed to establish the nature of the zero-sequence voltage change for different modes of the network neutral. The value of the zero-sequence voltages and the angles between the phase voltage vector with asymmetry and the zero-sequence voltage vector depending on the capacitive asymmetry, capacitance and active resistance of the network insulation for different neutral modes are established. Originality. Conducted studies have shown that the largest increase in the zero-sequence voltage is observed at the asymmetry capacity, which is 10...30% of the network insulation capacity. Moreover, the relative capacitive asymmetry of the insulation when changing the values of the capacitance of the network relative to the ground has the most significant effect on the value of the zero-sequence voltage in networks with a compensated neutral and is practically excluded when the neutral of the network is completely isolated relative to the ground. Practical value. For real parameters of the network, based on the results of theoretical and experimental studies, it is possible to judge the efficiency of existing protection devices and use them in the development of new principles and protection devices.Item Підвищення ефективності впровадження та взаємодії розподіленої генерації з локальною електричною мережею(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Данильченко, Д. О.; Кузнецов, Д. С.; Danylchenko, D. O.; Kuznetsov, D. S.UK: Мета роботи. Спостерігається тенденція переходу від чисто централізованого електропостачання до комбінованого, зростає кількість місцевих розосереджених джерел електроенергії безпосередньо в розподільних електричних мережах. Розподільчі електричні мережі перетворюються в мережу з ознаками, характерними для локальної електричної системи, яка отримує живлення як від власних розподільчих електричних мереж, так і від централізованого джерела. Відновлювальна енергетика має ряд переваг, однак є і недоліки. Серед них - ускладнення функціонування електричних мереж при зростанні в них встановлених потужностей відновлюваних джерел електроенергії та нестабільність генерування через природну їх залежність від метеорологічних умов, якщо про технічні недоліки то це стосується - синусоїдності напруг і струмів та відхилень напруги, забезпечення якості електроенергії яке напряму залежить від забезпечення балансу по активній та реактивній потужності в електричній системі. Метою цієї статті є аналіз ефективності роботи пристроїв компенсації реактивної потужності як інструменту для зниження порогу інтеграції джерел розподіленої генерації в електричні мережі України. Завдання полягає в дослідженні зниження інтеграційного порогу для розподіленої генерації. Методи дослідження. Математичне моделювання електричної системи з елементами розподіленої генерації та пристроями компенсації реактивної потужності. Досліджується вплив роботи пристроїв компенсації реактивної потужності на параметри електричної мережі. Порівняльний аналіз параметрів мережі та їх зміна при впровадженні розподіленої генерації разом з пристроями компенсації реактивної потужності та без них. Отримані результати. Отримані результати показують, що застосування пристроїв компенсації реактивної потужності дозволяє підвищити пропускну спроможність діючих ліній електропередач і трансформаторів, що особливо ціно коли більшість схем електромережі куди інтегрується розподілена генерація має радіальний тип, тобто, фактично знижує інтеграційний поріг для відновлювальної генерації в електричні мережі. Немало важливим фактором є те що, впровадження пристроїв компенсації реактивної потужності разом з розподіленою генерацією вирішує проблему зі стабілізацією та втратою напруги в електричних мережах, а також покращує показники якості електричної енергії. Наукова новизна. Отримав подальший розвиток метод вибору компенсаторів реактивної потужності для розподільчих мереж, що відрізняється від існуючих врахуванням наявності відновлюваних джерел енергії різних типів, що дозволяє підвищити ефективності взаємодії локальної електричної мережі з інтегрованою до неї відновлювальною генерацією. Практична цінність. Полягає в зниженні інтеграційного порогу в електричні мережі джерел розподіленої генерації, за рахунок впровадження разом з ними пристроїв компенсації реактивної потужності, що впливає на ряд технологічних параметрів в вузлі - зниження втрат потужності та напруги, стабілізація та управління напругою, покращення показників якості електричної енергії. EN: Purpose. There is a trend of transition from a purely centralized power supply to a combined one, the number of local decentralized sources of electricity directly in the distribution networks is increasing. Distribution electric networks are transformed into a network with features characteristic of a local electric system, which receives power both from its own distribution electric networks and from a centralized source. Renewable energy has a number of advantages, but there are also disadvantages. Among them - the complication of the operation of electric networks with the growth of the capacities of renewable sources of electricity installed in them and the instability of generation due to their natural dependence on meteorological conditions, if we talk about technical shortcomings, then this refers to the sinusoidal nature of voltages and currents and voltage deviations, ensuring the quality of electricity which directly depends on ensuring the balance of active and reactive power in the electrical system. The purpose of this article is to analyze the effectiveness of reactive power compensation devices as a tool for reducing the threshold of integration of distributed generation sources into the electrical networks of Ukraine. The task is to study the reduction of the integration threshold for distributed generation. Research methods. Mathematical modeling of an electrical system with distributed generation elements and reactive power compensation devices. The influence of the operation of reactive power compensation devices on the parameters of the electric network is studied. Comparative analysis of network parameters and their change when implementing distributed generation together with and without reactive power compensation devices. The results obtained. The obtained results show that the use of reactive power compensation devices makes it possible to increase the carrying capacity of operating power lines and transformers, which is especially important when most of the power system schemes where distributed generation is integrated are of radial type, i.e. it actually lowers the integration threshold for renewable generation in the electric network. A very important factor is that the introduction of reactive power compensation devices together with distributed generation solves the problem of stabilization and voltage loss in electric networks, and also improves the quality of electric energy. Scientific novelty. The method of selecting reactive power compensators for distribution networks has been further developed, which differs from the existing ones by taking into account the presence of renewable energy sources of various types, which allows to increase the efficiency of the interaction of the local electric network with the renewable generation integrated in it. Practical value. It consists in lowering the integration threshold of distributed generation sources into electric networks by introducing reactive power compensation devices together with them, which affects a number of technological parameters in the node - reduction of power and voltage losses, stabilization and control of voltage, improvement of electric power quality indicators.Item Нечітка модель компенсації факторів старіння розподільних трансформаторів(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Ноздренков, В. С.; Дяговченко, І. М.; Петровський, М. В.; Волохін, В. В.; Nozdrenkov, V. S.; Diahovchenko, I. M.; Petrovskyi, M. V.; Volokhin, V. V.UK: Мета роботи. Метою даної роботи є проведення оцінки негативних факторів, що впливають на старіння силових розподільних трансформаторів, розробка нечіткої моделі управління засобами їх компенсації та дослідження результатів застосування запропонованої моделі для різних режимів роботи електричної мережі. Методи дослідження. Для реалізації системи управління режимами роботи електричної мережі був використаний математичний метод нечіткої логіки. Отримані результати. В роботі представлено структуру на основі нечіткої логіки для компенсації факторів старіння розподільних трансформаторів. Було розроблено алгоритм налаштування та розроблено заходи, спрямовані на оптимізацію рівня навантаження та коефіцієнта потужності трансформатора. Розроблена модель аналізує параметри та фактори, що впливають на нормальну роботу трансформатора, і попереджає про наявність небезпечних факторів, які становлять загрозу надійності та можуть призвести до несправності. Крім того, було проаналізовано та обговорено ефективність фотоелектричних генеруючих станцій, батарей шунтових конденсаторів і систем накопичення енергії, встановлених на стороні вторинної напруги, для збереження терміну служби розподільних трансформаторів. Наукова новизна. В роботі отримали подальший розвиток моделі нечіткої логіки, що використовуються для оптимізації роботи електричної мережі та компенсації факторів старіння силових розподільних трансформаторів. Практична цінність. Отримані в роботі результати можуть бути використані для побудови оптимальної системи управління режимами роботи електричної мережі, яка зменшує фактори, що прискорюють старіння силових розподільних трансформаторів. EN: Purpose. This paper aims to evaluate the negative factors that affect the aging of power distribution transformers, develop a fuzzy control model for their compensation, and study the results of applying the proposed model to different modes of the electrical power network. Methodology. The mathematical method of fuzzy logic was used to implement the control system of the power grid operating modes. Findings. The article presents a structure based on fuzzy logic for compensating depreciation factors of distribution transformers. A tuning algorithm and measures were developed to optimize the transformer's load level and power factor. The developed model analyzes the parameters and factors affecting the normal operation of the transformer and warns of dangerous factors that threaten reliability and may lead to a malfunction. In addition, the efficiency of PV generating stations, shunt capacitor banks, and energy storage systems installed on the secondary voltage side to preserve the service life of distribution transformers was analyzed and discussed. Originality. The paper further develops the fuzzy logic models used to optimize the operation of the power grid and compensate for the aging factors of power distribution transformers. Practical value. The results obtained in the paper can be used to build an optimal system for controlling the operation modes of the electric power grid, which reduces the factors that accelerate the aging of power distribution transformers.