Електротехніка та електроенергетика - 2022, №3
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25689
Browse
Recent Submissions
Item Можливості зменшення впливу чрп на якість електроенергії в мережах підприємств та вартості його використання(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Качан, Юрій Григорович; Шрам, Олександр Анатолійович; Свергун, А. В.; Kachan, Yu. G.; Shram, O. A.; Sverhun, A. V.UK: Мета роботи. Імітаційне моделювання внутрішньоцехових систем електропостачання й порівняльна оцінка на його основі коефіцієнтів спотворення синусоїдальної кривої напруги. Методи дослідження. Методи імітаційного моделювання внутрішньоцехових систем електропостачання. Чисельні методи обробки отриманих результатів. Методи обчислення дискретного перетворення Фур'є. Отримані результати. Для підвищення рівня автоматизації технологічних процесів в промислових електроустановках знаходять широке застосування перетворювачі частоти. Разом з усіма перевагами використання частотно-регульованого привода призводить до спотворення синусоїдальної форми графіка напруги. В статті проведено оцінку коефіцієнта спотворення синусоїдальної кривої напруги для двох варіантів побудови внутрішньоцехової мережі промислового підприємства. Запропоноване рішення дозволяє покращити форму кривої напруги приводу за рахунок зменшення кількості нелінійних напівпровідникових елементів в системі електропостачання та знизити вплив вищих гармонічних складових на електромережу. Одночасно це дає можливість здешевити використання ЧРП на підприємстві. Наукова новизна. Шляхом експериментального дослідження встановлено, що використання загального випрямляча у поєднанні з загальною шиною постійного струму та індивідуальних інверторів дозволяє знизити коефіцієнт спотворення синусоїдальної кривої напруги. Практична цінність. Розроблені імітаційні моделі роботи цехової мережі дозволяють досліджувати показники якості електричної енергії як в стаціонарних, так і в перехідних режимах роботи. EN: Purpose. Simulation modeling of internal power supply systems and comparative assessment on its basis of the total distortion coefficients of the sinusoidal voltage curve. Methodology. Methods of simulating modeling of internal power supply systems. Numerous methods for processing the obtained results. Methods for calculating the discrete Fourier transform. Findings. To increase the level of automation of technological processes in industrial electrical installations, frequency converters are widely used. Together with all the advantages of using a variable frequency drive, it leads to a distortion of the sinusoidal shape of the voltage graph. The article evaluates the total distortion factor of the sinusoidal voltage curve for two options for constructing an internal network of an industrial enterprise. The proposed solution makes it possible to improve the shape of the voltage curve by reducing the number of non-linear semiconductor elements in the power supply system and reduce the influence of higher harmonic components on the power grid. At the same time, this makes it possible to reduce the cost of using VFD at the enterprise. Originality. Through experimental research, it has been established that the use of a common rectifier in combination with a common DC bus and individual inverters can reduce the total distortion coefficient of the sinusoidal voltage curve. Practical value. The developed simulation models of the workshop network’s operation make it possible to study the indicators of the electric energy quality both in stationary and in transient modes of operation.Item Збільшення відмовостійкості резонансних установок індукційного нагріву під час аварійного режиму роботи(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Калиніченко, Д. В.; Kalynichenko, D. V.UK: Мета роботи. Розробити автоматичну систему захисту від виходу з ладу резонансного інвертора установки індукційного нагріву через зникнення навантаження. Методи дослідження. В даній роботі використовуються такі методи дослідження як аналіз передавальної характеристики навантаження резонансного інвертора з використанням апроксимації за першою гармонікою, розрахунок регулювальних параметрів числовими методами, комп’ютерне моделювання установки індукційного нагріву. Проведення експериментальних досліджень на основі плавильної установки з мікропроцесорним керуванням з метою перевірки адекватності запропонованої моделі та системи захисту. Отримані результати. Приведена комп’ютерна модель установки індукційного нагріву, що заснована на використанні апроксимації за першою гармонікою, адекватність якої перевірена експериментальними дослідженнями плавильної установки. На основі даної моделі розроблена схема захисту резонансного інвертора від зникнення навантаження, що заснована на зсуві робочої частоти інвертора через введення в ланцюг зворотного зв’язку додаткового зсуву різниці фази струму і напруги. Методика розрахунку даного зсуву фази створена з використанням передавальної характеристики навантаження інвертора (системи «конденсаторна батарея-індуктор-деталь») та числових методів розв’язку рівнянь. Вищезазначена методика розрахунку може бути використана для резонансних інверторів будь-якої конфігурації та топології. Згідно комп’ютерного моделювання аварійної ситуації установки, розроблена схема забезпечує обмеження амплітуди напруги у безпечних межах роботи реактивних елементів інвертора, тоді як в нормальних умовах роботи система захисту не впливає на роботу установки. Система захисту успішно утримує амплітуду струму та напруги у коливальному контурі у безпечних межах у період малого навантаження. Створена схема має достатню простоту для її швидкого впровадження в існуючі установки з цифровим управлінням і має високу швидкодію. Окрім вищезазначених практичних результатів, проведений аналіз попередніх досліджень та надбань, що показали малу вивченість явищ, наявних при роботі резонансних інверторів в аварійному режимі. Це відкриває перспективу проведення подальших наукових розвідок в даній проблематиці. Наукова новизна. Розроблена методика адаптивного обмеження напруги на виході резонансного інвертора будь-якої конфігурації з частотним управлінням. Практична цінність. Створена схема захисту дозволяє зменшити фізичне втручання оператора у технологічний процес індукційного нагріву. Разом з цим відбувається збільшення надійності установок індукційного нагріву. Вигляд запропонованої схеми дозволяє спростити модернізацію існуючих установок та розробку нових більш досконалих моделей. EN: Purpose. To develop an automatic protection system against the failure of the resonance inverter of the induction heating installation due to the loss of load. Methodology. This work uses such research methods as the analysis of the transmission characteristic of the resonant inverter load using the approximation by the first harmonic, the calculation of control parameters by numerical methods, computer modeling of the induction heating installation. Conducting experimental studies on the basis of a melting plant with microprocessor control in order to check the adequacy of the proposed model and protection system. Findings. A computer model of the induction heating installation based on the use of the first harmonic approximation is presented, the adequacy of which is verified by experimental studies of the melting installation. Based on this model, a resonant inverter protection scheme against load loss was developed, which is based on a shift in the operating frequency of the inverter due to the introduction of an additional shift in the current and voltage phase difference into the feedback circuit. The methodology for calculating this phase shift was created using the transfer characteristic of the inverter load (the "capacitor battery-inductor-part" system) and numerical methods for solving equations. The above calculation method can be used for resonant inverters of any configuration and topology. According to the computer simulation of the induction heating unit operation during fault, the developed system limits the voltage amplitude within the safe operating region of the inverter reactive elements, while in normal operating conditions the protection system does not affect the operation of the unit. The protection system successfully keeps the amplitude of current and voltage in the oscillating circuit within safe limits during low loads. The created system is simple enough for its quick implementation in existing digitally controlled units and has high speed. Originality. Methodology to create voltage limiting system for resonant inverters of any configuration with frequency control has been developed. Practical value. The created protection scheme allows to reduce the physical intervention of the operator in the technological process of induction heating. Moreover, there is an increase in the reliability of induction heating installations. The appearance of the proposed scheme makes it possible to simplify the modernization of existing installations and the development of new, more advanced models.Item Розробка моделі врахування збільшення активного опору провідника змінному струмі при поверхневому ефекті(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Прокуда, В. М.; Рухлова, Н. Ю.; Prokuda, V. M.; Rukhlova, N. YuUK: Мета роботи. При проходженні змінного струму з вищими гармоніками по кабелю нагрівання здійснюється середньоквадратичним значенням всіх гармонік. Зважаючи на різний опір кабелю в залежності від частоти через дію поверхневого ефекту, доцільно розраховувати коефіцієнт підвищення опору повному струму, приймаючи дію кожної гармоніки незалежною. Однак, є передумови вважати існуючи розрахункові моделі складними для алгоритмічної реалізації у програмних пакетах. Тому метою роботи є розробка розрахункової моделі для врахування збільшення активного опору провідника змінному струму при поверхневому ефекті для подальшого використання у пакетах імітаційного моделювання таких як, наприклад, MATLAB. Методи дослідження. Методи лінійної алгебри, лінійної регресії, визначення коефіцієнта детермінації. Отримані результати. Отримано залежності для визначення величини опору високовольтних кабельних ліній струмам високої частоти, котрі враховують переріз та гармонійний склад струму. За існуючими та обґрунтованими графіками (залежностями), отриманими на підставі класичних виразів з літератури, були отримані нові спрощені розрахункові залежності (для перерізу мідних кабельних ліній 240 - 1000 мм2) при протіканні гармонік струму вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Такі розрахункові співвідношення дозволять здійснювати у програмному середовищі MATLAB Simulink врахування декількох гармонійних складових струму при нагріванні лінії. Отримані значення коефіцієнта детермінації при визначенні розрахункових залежностей близькі до 1, що говорить про правильно обраний вид рівняння і правильно підібраний коефіцієнт k для різних перерізів кабельної лінії. Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці нової залежності, котра обґрунтована високим значенням множинного коефіцієнту кореляції, поправочного коефіцієнту збільшення опору жили кабелю від номеру гармоніки та емпіричного коефіцієнту регресійної моделі, котрий враховує переріз кабельної лінії. Практична цінність. Практична цінність роботи полягає у отриманні залежностей, котрі можливо використовувати у аналітичних та імітаційних моделях при визначенні величини нагріву кабельних ліній з урахуванням струму гармонік вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Таке застосування дозволить у багатьох випадках замінити фізичний експеримент імітаційним у програмному середовищі MATLAB Simulink, що зменшить необхідні людські та матеріальні витрати EN: Purpose. When alternating current with higher harmonics passes through the cable, heating is carried out by the root mean square value of all harmonics. Taking into account the different resistance of the cable depending on the frequency due to the effect of the surface effect, it is advisable to calculate the coefficient of increase in the total current resistance, assuming the action of each harmonic as independent. However, there are prerequisites to consider existing calculation models difficult for algorithmic implementation in software packages. Therefore, the purpose of the work is to develop a calculation model to take into account the increase in the active resistance of the conductor to alternating current due to the surface effect for further use in simulation modeling packages such as, for example, MATLAB. Methodology. Methods of linear algebra, linear regression, defining the coefficient of determination. Findings. Dependencies for determining the resistance value of high-voltage cable lines to high-frequency currents, which take into account the cross-section and harmonic composition of the current, have been obtained. According to the existing and substantiated graphs (dependencies) obtained on the basis of classical expressions from the literature, new simplified calculation dependencies were obtained (for the cross-section of copper cable lines 240 - 1000 mm2) when current harmonics above the fifth at a base frequency of 50 Hz. Such calculated ratios will allow taking into account several harmonic components of the current during line heating in the MATLAB Simulink software environment. The obtained values of the coefficient of determination in defining the calculated dependencies are close to 1, which indicates the correctly selected type of equation and the correctly selected coefficient k for different crosssections of the cable line. Originality. The scientific novelty lies in the development of a new dependence, justified by the high value of the multiple correlation coefficient, the correction factor for the increase in the resistance of the cable core from the harmonic number and the empirical coefficient of the regression model, taking into account the cross section of the cable line. Practical value. The practical value of the work consists in obtaining dependencies that can be used in analytical and simulation models when determining the amount of heating of cable lines taking into account the current of harmonics above the fifth at a base frequency of 50 Hz. Such an application will allow in many cases to replace the physical experiment with a simulation in the MATLAB Simulink software environment, which will reduce the necessary human and material costs.