Електротехніка та електроенергетика - 2017, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27510
Browse
Recent Submissions
Item Управління газоповітряною енергетичною установкою промислового підприємства(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Лобов, В. Й.; Лобова, К. В.; Даць, А. В.; Lobov, V. Y.; Lobova, K. V.; Dats, A. V.UK: Мета роботи. Обґрунтувати питання ефективного використання кінетичної енергії відпрацьованих технологічною установкою газоповітряних потоків для вироблення електричної енергії, що дозволить розробити новий алгоритм управління і створити нове програмне забезпечення до управління газоповітряною енергетичною установкою. Для перевірки на адекватність розроблених алгоритмів управління і програмного забезпечення розробити лабораторну газоповітряну енергетичну установку. Методи дослідження. Для дослідження розподілу газоповітряних мас у технологічних установках промислового підприємства використаний метод імітаційного моделювання, виконаний в програмному середовищі SolidWorks Flow Simulation. Метод імітаційного моделювання дозволив розробити новий алгоритм управління і створити нове програмне забезпечення з урахуванням основних технічних вимог, що пред’являються до управління газоповітряною енергетичною установкою. Для перевірки працездатності розроблених алгоритмів і програмного забезпечення управління газоповітряною енергетичною установкою використаний метод фізичного моделювання, яке проведено на розробленій лабораторній установці, з’єднаної через інтерфейс USB з ЕОМ, що має віртуальну модель SCADA системи, представлену в середовищі LabVIEW. Отримані результати. На основі моделювання газоповітряних потоків на розробленій математичній моделі оптимально вибрані співвідношення розмірів трубопроводу, раціонально визначено витрати газоповітряної суміші, необхідної для найбільш ефективної роботи газоповітряної енергетичної установки, тобто у робочій зоні газоповітряного тракту гвинт генератора контактує з найбільш значними потоками, забезпечуючи максимальний ефект обертання. Розроблені основні технічні вимоги, що пред’являються до управління газоповітряною енергетичною установкою. Розроблено оптимальний алгоритм управління, який дозволив впровадити його в схему управління газоповітряної енергетичної установки з мікропроцесором u1072 або спеціалізованим мікроконтролером. Наукова новизна. Знайдені нові можливості подальшого удосконалення відомих базових математичних моделей кінетики газоповітряних потоків і запропоновані варіанти адаптації в області газодинаміки для оцінки витрат газоповітряних потоків при роботі вентиляторної установки на трубопровід. Розроблена структурна схема та алгоритми управління газоповітряною енергетичною установкою, до якої входять вентилятор, генератор, трубопровід і блок управління, виконаний на основі використання мікроконтролера Arduino Uno. Розроблено також алгоритм підпрограми для з’єднання газоповітряної енергетичної установки з SCADA системою. Практична цінність. Запропонований спосіб вироблення електричної енергії газоповітряною енергетичною установкою з мікропроцесорною системою управління, як показали розрахунки, підтверджені експериментальними дослідженнями на лабораторній установці, дозволяє зменшити до 20% кількості витраченої електроенергії технологічною установкою та може бути використаний в промислових умовах. Впровадження газоповітряних енергетичних установок із мікропроцесорною системою і SCADA системою дозволить підвищити енергоефективність роботи технологічних установок. EN: Purpose. The goal of the work is to substantiate the issue of effective use of kinetic energy of gas-air flows used by the technological installation for generating electric power, which will allow developing a new control algorithm and creating new software for controlling the gas-air power plant. To test the adequacy of the developed control algorithms and software, to develop a laboratory gas-air power plant. Methodology. To investigate the distribution of air-gas mass in process plants used industrial plant simulation method performed in software SolidWorks Flow Simulation. The method of simulation allowed to develop a new control algorithm and create new software taking into account the basic technical requirements for the management of the gasair power plant. To test the efficiency of the developed algorithms and control software for the gas-air power plant, a physical modeling method was used on a developed laboratory installation connected via a USB interface with a computer and has a virtual model of the SCADA system presented in the LabVIEW environment. Findings. Based on the modeling of gas-air flows on the developed mathematical model, the optimal ratios of pipeline sizes are rationally determined, the gas-air mixture costs necessary for the most efficient operation of the gasair power plant, that is, in the working zone of the gas-air path, the generator screw contacts the most significant flows, providing the maximum effect rotation. The obtained results of research of gas-air flows of technological installations of an industrial enterprise in the software environment of SolidWorks Flow Simulation and on their basis the basic technical requirements for the management of a gas-air power plant are developed. An optimal control algorithm has been developed that enabled it to be introduced into the control scheme of a gas-air power plant with a microprocessor or a specialized microcontroller. Originality. New possibilities for further improvement of the known basic mathematical models of the kinetics of gas-air flows have been found and variants of adaptation in the field of gas dynamics have been proposed for estimating the expenditure of gas-air flows during the operation of a fan installation on a pipeline. The structural scheme and algorithms for controlling the gas-air power plant are developed, which includes a fan, a generator, a pipeline and a control unit based on the use of the Arduino Uno microcontroller. The algorithm of the subroutine for connecting the gas-air power plant with the SCADA system. Practical value. The proposed method of generating electric power by a gas-air power plant with a microprocessor control system, as shown by calculations confirmed by experimental studies on a laboratory installation, allows to reduce up to 20% of the amount of spent electricity by a process unit and can be used in industrial conditions. The introduction of gas-air power plants with a microprocessor system and a SCADA system will improve the energy efficiency of process plants.Item Анализ динамики изменения критериев, используемых для интерпретации результатов АРГ, в исправных высоковольтных трансформаторах негерметичного исполнения(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Шутенко, О. В.; Шутенко, О. В.; Shutenko, O. V.RU: Цель работы. Исследовать характер динамики изменения критериев используемых для интерпретации результатов АРГ, в исправных высоковольтных трансформаторах, негерметичного исполнения. Методы исследования. Теория временных рядов, регрессионный анализ, теория распознавания образов, метод контрольных уровней, метрические методы распознавания, диагностика по расстоянию до эталона. Полученные результаты. По результатам исследований установлено, что в нормально работающих исправных трансформаторах, значения всех без исключения диагностических признаков, используемых для интерпретации результатов АРГ, изменяются случайным образом. Аварийные воздействия со стороны электрической сети, приводят к кратковременному появлению систематической составляющей в зависимостях концентраций и скоростей нарастания газов от продолжительности эксплуатации, и к кратковременной стабилизации значений отношений пар газов на уровне соответствующему данному энергетическому воздействию, а также к схожести графических образов. Научная новизна. Выполненный анализ показал, что в трансформаторах негерметичного исполнения возникновение и развитие дефекта сопровождается не только изменением численных значений диагностических критериев, что известно и используется при диагностике, но и к существенному изменению характера зависимостей диагностических критериев от времени. Практическая ценность. Полученные результаты дают возможность обнаружения развивающихся дефектов в негерметичных трансформаторах, на ранней стадии их развития, еще до того как значения концентраций газов превысят граничные значения, что позволит избежать разрушения изоляции, а также распознавать рост концентраций растворенных в масле газов, обусловленный влиянием аварийных режимов работы электрических сетей. UK: Мета роботи. Дослідити характер динаміки зміни критеріїв що використовуються для інтерпретації результатів АРГ, в справних високовольтних трансформаторах, негерметичного виконання. Методи дослідження. Теорія часових рядів, регресійний аналіз, теорія розпізнавання образів, метод контрольних рівнів, метричні методи розпізнавання, діагностика по відстані до еталону. Отримані результати. За результатами досліджень встановлено, що в нормально працюючих справних трансформаторах, значення всіх без винятку діагностичних ознак, які використовуються для інтерпретації результатів АРГ, змінюються випадковим чином. Аварійні впливу з боку електричної мережі, призводять до короткочасного появи систематичної складової в залежності концентрацій і швидкостей наростання газів від тривалості експлуатації, і до короткочасної стабілізації значень відношень пар газів на рівні, що відповідає даному енергетичного впливу, а також до схожості графічних образів. Наукова новизна. Виконаний аналіз показав, що в трансформаторах негерметичного виконання виникнення і розвиток дефекту супроводжується не тільки зміною чисельних значень діагностичних критеріїв, що відомо і використовується при діагностиці, а й до істотної зміни характеру залежностей діагностичних критеріїв від часу. Практична цінність. Отримані результати дають можливість виявлення дефектів, що розвиваються в негерметичних трансформаторах, на ранній стадії їх розвитку, ще до того як значення концентрацій газів перевищать граничні значення, що дозволить уникнути руйнування ізоляції, а також виявляти зростання концентрацій розчинених в маслі газів, що обумовлені впливом аварійних режимів роботи електричних мереж. EN: Purpose. Investigate the nature of the dynamics of changes in the criteria used for interpreting the results of DGA, in serviceable high-voltage transformers, leaky performance. Methodology. Theory of time series, regression analysis, the theory of pattern recognition, the method of reference levels, metric methods of recognition, diagnostics by distance to the standard. Findings. According to the results of the research, it is established that in normal functioning transformers, the values of all the diagnostic features used to interpret DGA results are changed randomly. Emergency actions on the part of the power grid lead to a short-term occurrence of a systematic component in the dependencies of the concentrations and rates of gas build-up on the duration of operation, and to a short-term stabilization of the values of the gas ratios at the level corresponding to this energy impact, as well as to the similarity of the graphic images. Originality. The performed analysis showed that in transformers of leaky performance, the appearance and development of a defect is accompanied not only by a change in the numerical values of the diagnostic criteria, which is known and used in the diagnosis, but also to a significant change in the nature of the dependencies of the diagnostic criteria versus time. Practical value. The obtained results make it possible to detect developing defects in transformers of nongermetic execution at an early stage of their development, even before the values of gas concentrations exceed the boundary values, which will help to avoid the destruction of insulation, and also to recognize the growth of concentrations of gases dissolved in oil, caused by the influence of emergency operation of electrical networks.Item Методологічний підхід до побудови енергоощадної системи аварійного освітлення(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Лаврич, Ю. М.; Погоріла, Л. М.; Подчасов, А. Ю.; Lavrich, Yu. N.; Pogorelaya, L. M.; Podchasov, A. Yu.UK: Мета роботи. Розробка методологічного підходу до побудови надійної і ефективної системи аварійного освітлення, що працює від електрики, вироблюваної в результаті фотоелектричного перетворення світла штучного випромінювання видимого діапазону спектру лампи робочого (загального) освітлення без використовування стаціонарних електричних мереж. Методи досліджень. Проведені експериментальні дослідження щодо побудови енергоощадної освітлювальної системи, яка працює без використанні стаціонарних джерел живлення. Отримані результати. В ході дослідження була побудована експериментальна модель світильника, яка продемонструвала можливість реалізації аварійного освітлення на базі найбільш розповсюджених конструкцій люмінесцентних світильників стельового типу загального освітлення за рахунок електроенергії, що виробляється в наслідок перетворення штучного світлового потоку люмінесцентних ламп розміщеними на їх поверхнях сонячними панелями. Наукова новизна. В рамках розробленого методологічного підходу вперш була показана можливість побудови багатофункціонального енергозберігаючого світильника, що поєднує функції робочого і аварійного освітлення, без використання стаціонарних систем живлення. Практична значимість. На основі розробленого методологічного підходу можливо створення на базі стандартних конструкцій люмінесцентних освітлювальних систем багатофункціонального енергозберігаючого світильника, що допоможе вирішити проблему енергозбереження, яка придбала за останні роки особливу важливість в зв'язку, у тому числі, зі все зростаючим споживанням електроенергії на освітлювальні потреби. EN: Purpose. The research of methodological approach to construction of reliable and effective emergency lighting system, which works without the use of stationary electric networks from electricity, producible in result of photovoltaic conversion of artificial radiation from lamp of working (general) lighting in visible range of spectrum. Methodology. The experimental researches concerned the construction of the energy-efficient emergency lighting system which works without the use of stationary power source are conducted. Originality. Within the bounds of developed methodological approach the first time it was shown the possibility of multifunction energy-efficient lamp construction combining the working and emergency illumination functions without the use of the stationary power systems. Research results. As result of research the experimental model of lamp was constructed showing the possibility of emergency illumination realization on the base of the most widespread common illumination luminescent lamps of ceiling type due to electric power produced at conversion of luminescent lamps artificial light stream by the sun panels placed on their surfaces. Practical value. With use of the developed methodological approach on the base of standard constructions of the luminescent lighting systems it is possible to design the multifunction energy-efficient lamp, that will help to resolve the problem of energy-saving that gains in importance last years in connection with the all increasing electric power use including lighting needs.Item Подход к определению токов холостого хода силовых трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Дивчук, Татьяна Евгеньевна; Ярымбаш, Дмитрий Сергеевич; Ярымбаш, Сергей Тимофеевич; Килимник, Ирина Михайловна; Коцур, Михаил Игоревич; Безверхняя, Юлия Сергеевна; Дівчук, Тетяна Євгеніївна; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Яримбаш, Сергій Тимофійович; Килимник, Ірина Михайлівна; Коцур, Михайло Ігорович; Безверхня, Юлія Сергіївна; Divchuk, T. E.; Yarymbash, D. S.; Yarymbash, S. T.; Kylymnyk, I. M.; Kotsur, M. I.; Bezverkhnia, Yu. S.RU: Цель работы. Разработать новый эффективный подхода для определения параметров холостого хода посредством реализации комбинации схемной и пространственной математической модели нестационарных электромагнитных полей в трехфазных трансформаторах с учетом конструктивного строения активной части, нелинейности магнитных свойств электротехнических сталей, обеспечивающего высокую точность и вычислительную эффективность. Методы исследования. Исследования проводились с использованием методов теории электромагнитного поля, теории электрических цепей, теории силовых трансформаторов, математической физики, метода конечных элементов, методов регрессионного и гармонического анализа. Полученные результаты. Проведены теоретические исследования электромагнитных процессов на основе численной реализации трехмерной математической модели силового трехфазного трансформатора в режиме холостого хода. Предложен подход для повышения эффективности полевого моделирования режима холостого хода, который заключается в сокращении размеров расчетной области и переходу к 2D моделям. Он позволяет сократить затраты вычислительных ресурсов более, чем в 2,8 раз, временных ресурсов более, чем в 250 раз, при средневзвешенной невязке не более 3,6%. Определены закономерности распределения индукции и энергии магнитного поля для активной части трансформатора в режиме холостого хода, установлены их количественные соотношения для стержней различных фаз, определяющие соотношения токов и сопротивлений прямой и обратной последовательности трансформатора. Реализован новый подход определения параметров холостого хода трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами на базе методов схемного и 3D моделирования, гармонического анализа и симметричных составляющих. Он характеризуется высокой эффективностью численной реализации и точностью для переходных процессов включения трехфазного трансформатора без нагрузки. Установлено, что система фазных токов u1093 холостого хода характеризуется несинусоидальностью и несимметричностью. В гармоническом составе этих токов преобладают 1-я, 5-я и 7-я гармоники. На основе метода симметричных составлявших определены параметры прямой и обратной последовательности фаз первой гармоники холостого хода и предложена корректирующая методика, уточняющая традиционный инженерный подход. Использование коррекции параметров для исследованных соотношений токов прямой и обратной последовательности, повышает точность расчета токов холостого хода на 12–14% и потерь холостого хода на 9–11% по сравнению с общеизвестными инженерными методиками проектирования. Научна новизна. Предложен подход для повышения эффективности полевого моделирования режима холостого хода, который заключается в сокращении размеров расчетной области и переходу к 2D моделям. Реализован новый подход определения параметров холостого хода трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами на базе методов схемного и 3D моделирования, гармонического анализа и симметричных составляющих. Он характеризуется высокой эффективностью численной реализации и точностью для переходных процессов включения трехфазного трансформатора без нагрузки. Практическая ценность. Предложенные в работе подходы и методики позволяют сократить затраты вычислительных ресурсов более, чем в 2,8 раз, временных ресурсов более, чем в 250 раз, при средневзвешенной невязке не более 3,6% и повысить точность расчета токов холостого хода на 12–14% и потерь холостого хода на 9–11% по сравнению с общеизвестными инженерными методиками проектирования. UK: Мета роботи. Розробити новий ефективний підходу для визначення параметрів неробочого ходу за допомогою реалізації комбінації схемної і просторової математичної моделі нестаціонарних електромагнітних полів в трифазних трансформаторах з урахуванням конструктивної будови активної частини, нелінійності магнітних властивостей електротехнічних сталей, що забезпечує високу точність і обчислювальну ефективність. Методи дослідження. Дослідження проводились з використанням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, теорії силових трансформаторів, математичної фізики, методу скінченних елементів, методів регресійного та гармонійного аналізу. Отримані результати. Проведено теоретичні дослідження електромагнітних процесів на основі чисельної реалізації трьохвимірної математичної моделі силового трифазного трансформатора в режимі неробочого ходу. Запропоновано підхід для підвищення ефективності польового моделювання режиму неробочого ходу, який полягає в скороченні розмірів розрахункової області і переходу до 2D моделей. Він дозволяє скоротити витрати обчислювальних ресурсів більше, ніж в 2,8 раз, часових ресурсів більше, ніж в 250 разів, при середньо зваженій нев’язці не більше 3,6%. Визначено закономірності розподілу індукції і енергії магнітного поля для активної частини трансформатора в режимі неробочого ходу, встановлені їх кількісні співвідношення для стрижнів різних фаз, що визначають співвідношення струмів і опорів прямої і зворотної послідовності трансформатора. Реалізовано новий підхід визначення параметрів неробочого ходу трифазних трансформаторів з плоскими стрижневими магнітними системами на базі методів схемного і 3D моделювання, гармонійного аналізу і симетричних складових. Він характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю для перехідних процесів включення трифазного трансформатора без навантаження. Встановлено, що система фазних струмів неробочого ходу характеризується несинусоїдністю та несиметричністю. У гармонійному складі цих струмів переважають 1-я, 5-я і 7-я гармоніки, але при цьому домінує перша гармонійна складова. На основі методу симетричних складових визначені u1087 параметри прямої і зворотної послідовності фаз першої гармоніки неробочого ходу і запропонована коригуюча методика, уточнююча традиційний інженерний підхід. Використання корекції параметрів для досліджених співвідношень струмів прямої і зворотної послідовності, підвищує точність розрахунку струмів неробочого ходу на 12-14% і втрат неробочого ходу на 9-11% в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками проектування. Наукова новизна. Запропоновано підхід для підвищення ефективності польового моделювання режиму неробочого ходу, який полягає в скороченні розмірів розрахункової області і переходу до 2D моделей. Реалізовано новий підхід визначення параметрів неробочого ходу трифазних трансформаторів з плоскими стрижневими магнітними системами на базі методів схемного і 3D моделювання, гармонійного аналізу і симетричних складових. Він характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю для перехідних процесів включення трифазного трансформатора без навантаження. Практична цінність. Запропоновані в роботі підходи та методики дозволяють скоротити витрати обчислювальних ресурсів більше, ніж в 2,8 раз, часових ресурсів більше, ніж в 250 разів, при середньозваженій нев’язці не більше 3,6% і підвищити точність розрахунку струмів неробочого ходу на 12-14% і втрат неробочого ходу на 9-11% в порівнянні з загально-відомими інженерними методиками проектування. EN: Purpose. Development a new effective approach for determining the open-circuited transformer parameters by implementing a combination of a schematic and spatial mathematical model of nonstationary electromagnetic fields in three-phase transformers, taking into account the constructive structure of the active part, the nonlinearity of the magnetic properties of electrical steels providing high accuracy and computational efficiency. Methods. The researches were carried out using the methods of the electromagnetic field theory, the theory of electrical circuits, the theory of power transformers, mathematical physics, the finite element method, regression analysis methods. Results. Theoretical researches of electromagnetic processes based on numerical realization of a threedimensional mathematical model of a power three-phase transformer in open-circuited operation are carried out. An approach is proposed for improving the field simulation efficiency of the open-circuited operation, which consists in reducing the dimension of the computational domain and the transition to 2D models. It allow reducing the computing resources cost more than 2.8 times, time resources more than 250 times at a weighted average discrepancy of not more than 3.6%. The regularities of the distribution of flux density and the energy of the magnetic field for the active part of the transformer in open-circuited operation are determined. Their quantitative ratio value for the rods of different phases, which determining the ratio of the currents and resistances of the forward and reverse sequences of the transformer are calculated. A new approach to determine the open-circuited parameters of three-phase transformers with flat rod magnetic systems, based on the methods of circuit and 3D modeling, harmonic analysis and symmetrical components is realized. It characterized by high efficiency of numerical realization and accuracy for transient processes in switching moment of the three-phase transformer without loads. System of phase idle currents, characterized by non-sinusoidality and asymmetry, is proved. The harmonic composition of these currents is dominated by the 1st, 5th and 7th harmonics, but the first harmonic component predominates. The parameters of the forward and reverse sequence of the phases of the first harmonic for open-circuited operation, based on symmetrical components method were determinated. A corrective technique, which clarifies the traditional engineering approach, is proposed. The use of parameter correction for the researched ratios of the currents of the forward and reverse sequences will been increase the accuracy of calculation of the idle current by 12-14% and the idle losses by 9-11% in comparison with the generally known engineering design techniques. Originality. An approach is proposed for improving the efficiency of field simulation of the open-circuited operation, which consists in reducing the dimension of the computational domain and the transition to 2D models. A new approach of determination of the open-circuited parameters of three-phase transformers with flat rod magnetic systems based on the methods of circuit and 3D modeling, harmonic analysis and symmetrical components is realized. It characterized by high efficiency of numerical realization and accuracy for transient processes in switching moment of the three-phase transformer without loads. Practical value. The approaches and techniques allows to reduce the cost of computing resources by more than 2.8 times, time resources more than 250 times, with a weighted average discrepancy of not more than 3.6%, and increasing the accuracy of calculation of idle currents by 12-14% and losses of idling by 9-11% in comparison with the well-known engineering methods of designing.Item Численный безитерационный метод моделирования электромеханических процессов в асинхронных двигателях(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Паталах, Дмитрий Г.; Тиховод, Сергей Михайлович; Корнус, Татьяна Михайловна; Паталах, Дмитро Г.; Тиховод, Сергій Михайлович; Корнус, Тетяна Михайлівна; Patalakh, D.; Tykhovod, S.; Kornus, T.RU: Цель работы. Разработка безитерационного метода расчета переходных электромагнитных и электромеханических процессов в асинхронных двигателях. Методы исследования. Численные методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, программирование. Полученные результаты. Поскольку в систему уравнений, описывающих динамику асинхронного двигателя, входят произведения токов ротора и статора и произведение частоты вращения ротора и токов, то эта система нелинейная. Численное решение нелинейных дифференциальных уравнений предполагает итерационный процесс на каждом шаге интегрирования. Этот итерационный процесс может быть длительным и плохо сходящимся, что замедляет процесс расчета. Предложено усовершенствование численного метода, устраняющее итерационный процесс и сокращающее время моделирования. Усовершенствованный численный метод применен для интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих динамику электромагнитных и электромеханических асинхронного двигателя. Научна новизна. Предложено усовершенствование численного метода, позволяющее выполнять численное интегрирования дифференциальных уравнений, содержащих произведение функций, что позволяет избежать итерационного процесса на каждом шаге интегрирования и сократить время моделирования. Практическая ценность. На основании предложенной методики может быть разработана универсальная программа моделирования электромеханических процессов в асинхронных двигателях, имеющая преимущество по быстродействию. UK: Мета роботи. Розробка безітераційного методу розрахунку перехідних електромагнітних і електромеханічних процесів в асинхронних двигунах. Методи дослідження. Числові методи інтегрування звичайних диференціальних рівнянь, програмування. Отримані результати. Оскільки в систему рівнянь, що описують динаміку асинхронного двигуна, входять добутки струмів ротора і статора і добуток частоти обертання ротора і струмів, то ця система нелінійна. Числовий розв’язок нелінійних диференціальних рівнянь передбачає ітераційний процес на кожному кроці інтегрування. Цей ітераційний процес може бути тривалим і погано збігатися, що уповільнює процес розрахунку. Запропоновано удосконалення числового методу, що усуває ітераційний процес і скорочує час моделювання. Вдосконалено числовий метод застосований для інтегрування диференціальних рівнянь, що описують динаміку асинхронного двигуна. Наукова новизна. Запропоновано удосконалення числового методу, що дозволяє виконувати числове інтегрування диференціальних рівнянь, які містять добуток функцій, що дозволяє уникнути ітераційного процесу на кожному кроці інтегрування і скоротити час моделювання. Практична цінність. На підставі запропонованої методики може бути розроблена універсальна програма моделювання електромеханічних процесів в асинхронних двигунах, що має перевагу по швидкодії. Асинхронних двигунах, що має перевагу по швидкодії. EN: Purpose. Development of calculation of electromagnetic and electromechanic transients is in asynchronous en gines without iterations. Methodology. Numeral methods of integration of usual differential equations, programming. Findings. As the system of equations, describing the dynamics of asynchronous engine, contents the products of rotor and stator currents and product of rotation frequency of rotor and currents, so this system is nonlinear one. The numeral solution of nonlinear differential equations supposes an iteration process on every step of integration. Timecontinuing and badly converging iteration process may be the reason of calculation slowing. The improvement of numeral method by the way of an iteration process removing is offered. As result the modeling time is reduced. The improved numeral method is applied for integration of differential equations, describing the dynamics of asynchronous engine. Originality. The improvement of numeral method allowing to execute numeral integrations of differential equations containing product of functions is offered, that allows to avoid an iteration process on every step of integration and shorten modeling time. Practical value. On the basis of the offered methodology the universal program of modeling of electromechanics processes in asynchronous engines could be developed as taking advantage on fast-acting.Item Теоретичне і експериментальне дослідження магнітоелектричної системи, що сприймає крупність пісків односпірального класифікатора(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Мацуй, А. М.; Кондратець, В. О.; Matsui, A. N.; Kondratets, V. A.UK: Мета роботи. Метою роботи є створення магнітоелектричної системи з постійними магнітами, що сприймає крупність пісків односпірального класифікатора шляхом встановлення зв’язку вихідного сигналу з вимірюваною величиною, позбавлення впливу збурень на результат та обґрунтування її параметрів. Методи досліджень. Проведені дослідження виконані на підставі використання методів теорії електротехніки, магнітних систем з постійними магнітами, гальваномагнітних перетворювачів, імовірностей, випадкових процесів, статистики, регресійного аналізу, чутливості, диференційного числення, магнетизму порід, визначення фізичних властивостей матричного матеріалу при включенні в нього домішок з іншими явно вираженими властивостями, класифікації продуктів збагачення. Отримані результати. Математично описано процес швидкості зміни об’єму твердого в контрольованому об’ємі простору, через який рухається пісковий матеріал. Визначено межі величини контрольованого об’єму, при яких чутливість ще буде достатньо. Отримано теоретичні залежності швидкості зміни об’єму твердого в контрольованому об’ємі від крупності пісків при різних швидкостях. Встановлено, що стан контрольованого об’єму найкраще оцінювати магнітним методом. Розроблена магнітоелектрична система з постійними магнітами, яка має оптимальні значення параметрів і індукційну обмотку, що містить до 25000 витків, і в одному з полюсних наконечників якої в суцільному прорізі встановлено перетворювач Холла. Магнітна система біля повітряного зазора створює в матеріалі магнітне поле розмірами 5.20.60 мм практично однакової напруженості. Е.р.с. магнітоелектричної системи майже лінійно змінюється при зростанні крупності матеріалу. Вона залежить від вмісту магнітного заліза в твердому, що компенсується використанням сигналу перетворювача Холла. Кореляційний зв'язок між індукованою е.р.с. і крупністю пісків тісний, за характером відповідає теоретичній залежності. Наукова новизна. Магнітоелектрична система для контролю середньозваженої крупності пісків односпірального класифікатора створена вперше і дозволяє розв’язати актуальну задачу автоматизації перших стадій подрібнення руди. Вперше отримана математична залежність між швидкістю зміни об’єму твердого в контрольованому об’ємі потоку і крупністю пісків, яка покладена в основу створення магнітоелектричної системи. Удосконалено магнітоелектричну систему виконанням конструктивних елементів, що створюють магнітне поле розмірами 5.20.60 мм, і введенням перетворювача Холла, який реагує на вміст магнітного заліза в твердому і дозволяє підвищити точність вимірювання. Практична цінність. Практична цінність роботи полягає в тому, що обґрунтовано магнітоелектричну систему, яка дозволяє розробити засіб вимірювання середньозваженої крупності пісків у промислових умовах і шляхом автоматизації вплинути на зменшення собівартості залізорудного концентрату. EN: Purpose. The aim of the work is to create a magnetoelectric system with permanent magnets, which perceives the coarse size of the sand of a single-helix classifier, by establishing the connection of the output signal with the measured quantity, eliminating the effect of disturbances on the result and justifying its parameters. Methodology. The studies carried out on the basis of the use of methods of the theory of electrical engineering, magnetic systems with permanent magnets, galvanomagnetic transducers, probabilities, random processes, statistics, regression analysis, sensitivity, differential calculus, rock magnetism, determination of the physical properties of matrix material when impurities are added to it with others explicitly expressed properties, the classification of enrichment products. Findings. The process of the rate of change of the volume of solid in a controlled volume of space through which the sand material moves is described mathematically. The limits of the volume of the controlled volume at which the sensitivity is still sufficient are determined. The theoretical dependences of the rate of change of the solid volume in the controlled volume on the size of the sands at different speeds are obtained. It is established that the state of the controlled volume is best estimated by the magnetic method. A magnetoelectric system with permanent magnets has been developed, which has optimal parameter values and an induction winding containing up to 25,000 turns, and in one of the pole pieces of which a Hall transducer is installed in a continuous slot. The magnetic system near the air gap creates in the material a magnetic field 5 . 20 . 60 mm in size with almost the same intensity. Ed. The magnetoelectric system practically changes linearly with the increase in the size of the material. It depends on the content of magnetic iron in the solid, which is compensated by the use of the signal from the Hall converter. Correlation connection between the induced emf. and the size of the sand is close, in character corresponds to the theoretical dependence. Originality. The magnetoelectric system for controlling the weighted average size of the sands of a single-helix classifier was created for the first time and allows to solve the actual problem of automation of the first stages of ore crushing. For the first time, a mathematical relationship between the rate of change in the volume of solid in the controlled volume of the flow and the size of the sands, which is the basis for the creation of a magnetoelectric system, is obtained. The magnetoelectric system is improved by the execution of structural elements that create a magnetic field of 5 . 20 . 60 mm in size and the introduction of a Hall converter that reacts to the content of magnetic iron in a solid and allows to increase the accuracy of the measurement. Practical value. The practical value of the work lies in the fact that the magnetoelectric system is grounded, which makes it possible to develop a means of measuring the weighted average size of sands in industrial conditions and by automating to affect the reduction of the cost of iron ore concentrate.Item Аналитический расчет основных электромагнитных потерь энергии частотнорегулируемого асинхронного двигателя при позиционировании(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Волков, В. А.; Волков, В. О.; Volkov, V. A.RU: Цель работы. Получение аналитических зависимостей для расчета основных электромагнитных потерь энергии частотнорегулируемого асинхронного двигателя в режимах позиционирования с малыми перемещениями при различных видах (линейном, параболическом и квазиоптимальном) изменения его скорости. Методы исследования. Методы подобия, дифференциального и интегрального исчисления, аналитической интерполяции, математического анализа. Полученные результаты. Получены аналитические зависимости для расчета текущих электромагнитных потерь мощности и основных электромагнитных потерь энергии частотнорегулируемого асинхронного двигателя в режимах позиционирования с малыми перемещениями при различных видах (линейном, параболическом и квазиоптимальном) изменения его скорости. Получен универсальный вид аналитической зависимости для расчета оптимальных времен разгона и торможения частотнорегулируемого асинхронного двигателя при позиционировании с малыми перемещениями, соответствующий минимизации основных электромагнитных потерь энергии этого двигателя при указанном позиционировании для различных видов (линейном, параболическом и квазиоптимальном) изменения его скорости. Выполнена сравнительная количественная оценка изменения: оптимальных значений основных электромагнитных потерь энергии частотнорегулируемого асинхронного двигателя и соответствующих им максимальных значений скорости и оптимальных времен разгона и торможения, – в функции отрабатываемых заданных малых перемещений для рассматриваемых разных видов траекторий скорости двигателя. Научна новизна. Впервые получены аналитические зависимости для расчета основных электромагнитных потерь энергии частотнорегулируемого асинхронного двигателя при позиционировании с малыми перемещениями в функции заданных значений перемещений вала двигателя и заданных значений его времен разгона и торможения при отработке упомянутых заданных перемещений. Впервые получены зависимости для u1082 количественной оценки минимальных основных электромагнитных потерь энергии асинхронного двигателя и соответствующих им максимальных значений скорости и оптимальных времен разгона и торможения в функции отрабатываемых заданных малых перемещений для линейной, параболической и квазиоптимальной траекторий скорости двигателя при позиционировании. Практическая ценность. Полученные расчетные аналитические зависимости предназначены для количественной оценки основных электромагнитных потерь энергии частотнорегулируемого асинхронного двигателя в режиме малых перемещений. Посредством определения с помощью предложенных аналитических зависимостей максимальных значений скорости и оптимальных времен разгона и торможения частотнорегулируемого асинхронного двигателя достигается минимизация его основных электромагнитных потерь энергии при позиционировании для линейной, параболической и квазиоптимальной траекторий скорости. UK: Мета роботи. Отримання аналітичних залежностей для розрахунку основних електромагнітних втрат енергії частотнорегульованого асинхронного двигуна в режимах позиціонування з малими переміщеннями при різних видах (лінійному, параболическому і квазіоптимальному) зміни його швидкості. Методи дослідження. Методи подібності, диференціального та інтегрального числення, аналітичної інтерполяції, математичного аналізу. Отримані результати. Отримано аналітичні залежності для розрахунку поточних електромагнітних втрат потужності і основних електромагнітних втрат енергії частотнорегульованого асинхронного двигуна в режимах позиціонування з малими переміщеннями при різних видах (лінійному, параболічному і квазіоптимальному) зміни його швидкості. Отримано універсальний вид аналітичної залежності для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна при позиціонуванні з малими переміщеннями, яка відповідає мінімізації основних електромагнітних втрат енергії цього двигуна при зазначеному позиціонуванні для різних видів (лінійному, параболічному і квазіоптимальному) зміні його швидкості. Виконана порівняльна кількісна оцінка зміни: оптимальних значень основних електромагнітних втрат енергії частотнорегульованого асинхронного двигуна та відповідних їм максимальних значень швидкості і оптимальних часів розгону і гальмування, в функції заданих малих переміщень, що відпрацьовуються, для розглянутих різних траєкторій швидкості двигуна. Наукова новизна. Вперше отримано аналітичні залежності для розрахунку основних електромагнітних втрат енергії частотнорегульованого асинхронного двигуна при позиціонуванні з малими переміщеннями в функції заданих значень переміщень вала двигуна і заданих значень його часів розгону і гальмування при відпрацюванні згаданих заданих переміщень. Вперше отримані залежності для кількісної оцінки мінімальних основних електромагнітних втрат енергії асинхронного u1076 двигуна і відповідних їм максимальних значень швидкості і оптимальних часів розгону і гальмування в функції заданих малих переміщень, що відпрацьовуються, для лінійної, параболічної і квазіоптимальної траєкторії швидкості двигуна при позиціонуванні. Практична цінність. Отримані розрахункові аналітичні залежності призначені для кількісної оцінки основних електромагнітних втрат енергії частотнорегульованого асинхронного двигуна в режимі малих переміщень. За допомогою визначення з використанням запропонованих аналітичних залежностей максимальних значень швидкості і оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна досягається мінімізація його основних електромагнітних втрат енергії при позиціонуванні для лінійної, параболічної і квазіоптимальної траєкторій швидкості. EN: Purpose. Obtaining analytical dependencies for the calculation of the main electromagnetic energy losses of a frequency-controlled induction motor in positioning modes with small displacements for various types (linear, parabolic and quasi-optimal) of its velocity variation. Methodology. Similarity methods, differential and integral calculus, analytical interpolation, mathematical analysis. Findings. Analytical dependencies for calculation of current electromagnetic power losses and basic electromagnetic energy losses of a frequency-controlled asynchronous motor in the modes of positioning with small displacements for various types (linear, parabolic and quasi-optimal) of its velocity are obtained. A universal form of the analytical dependence for calculating the optimal acceleration and deceleration times for a frequency-controlled asynchronous motor for positioning with small displacements, corresponding to minimization of the main electromagnetic energy losses of this engine with the indicated positioning for various species (linear, parabolic and quasi-optimal), is obtained. A comparative quantitative assessment of the change is made: the optimum values of the main electromagnetic energy losses of the frequency-controlled asynchronous engine and the corresponding maximum speed and optimal acceleration and deceleration times, in the function of the set prescribed small displacements for the various engine speed trajectories under consideration. Originality. For the first time, analytical dependencies for the calculation of the main electromagnetic energy losses of a frequency-controlled asynchronous motor are obtained for positioning with small displacements as a function of the set values of the movement of the motor shaft and the set values of its acceleration and deceleration times for the specified specified displacements. For the first time, dependences are obtained for a quantitative estimate of the minimum fundamental electromagnetic energy losses of an induction motor and the corresponding maximum speed and optimal acceleration and deceleration times in the function of the set given small displacements for a linear, parabolic and quasi-optimal trajectory of the engine speed during positioning. Practical value. The calculated analytical dependencies obtained are intended for a quantitative estimation of the main electromagnetic energy losses of a frequency-controlled induction motor in the small-displacement mode. By determining, using the proposed analytical dependencies of the maximum speed values and the optimum acceleration and deceleration times of the frequency-controlled asynchronous motor, minimization of its main electromagnetic energy losses is achieved by positioning for linear, parabolic and quasi-optimal velocity trajectories.Item Topological transient models of three-phase five-limb transformer(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Zirka, S. E.; Moroz, Y. I.; Arturi, C. M.; Bonnman, D.; Зірка, С. Є.; Мороз, Ю. І.; Артурі, Ц. М.; Боннман, Д.EN: Purpose. To show capabilities of topological models of three-phase, five-limb transformer to correctly represent transformer operation in regimes with high flux densities in the core. As a practically important example, time domain response of transformer subjected to geomagnetically induced currents (GIC) is analyzed and compared with results of a comprehensive field experiment. Methodology. Transformer magnetic model, which takes into account geometry of the core and windings, is transformed in a dual electric equivalent scheme, whose transient is calculated by using EMTP-ATP. The results obtained demonstrate the importance of incorporating the positive and zero sequence impedances of power network. Findings. A simple and reliable model of five-limb transformer is proposed. It was found that the presence of the transformer tank can be effectively accounted for by linear inductances representing the paths of the off-core fluxes from yoke to yoke. The modeling of GIC events represented in the paper is the most accurate ever obtained for threephase, five-leg transformers. The model is validated by close agreement of the predicted values and waveforms of the phase currents and reactive power with those measured in tests performed on two 400 MVA transformers connected back-to-back and to a 400 kV power network. Originality. It is shown that a simplified non-hysteresis model developed portrays the behavior of the of five-limb transformer under GIC condition with the same good accuracy as its hysteresis model. Both the transformer models are well grounded. So, the paper dispels some misconceptions about the influence of the hysteresis properties of the core material and tank in transient modeling of five-leg transformers. Practical value. The practical value and significance of the paper is caused by the fact that the model proposed is a simple and reliable tool for power system studies. The paper warns of using unnecessary complicated models whose parameters are difficult to be estimated by experiments or calculations. UK: Мета роботи. Показати, що на основі топологічних моделей трифазного п’ятистрижневого трансформатора можливо коректно відтворювати його роботу в режимах великих індукцій в осерді. В якості практично важливого прикладу, аналізується часовий відгук трансформатора на дію геомагнітно-індукованих струмів (ГІТ). Результати моделювання порівнюються з результатами натурного експерименту. Методи дослідження. Магнітна модель трансформатора, що враховує геометрію осердя і обмоток, перетворюється в дуальну електричну схему заміщення, перехідний процес в якій розраховується в середовищі EMTP-ATP. Отримані результати демонструють необхідність урахування опорів прямої і нульової послідовності енергосистеми. Отримані результати. Розроблено адекватну, просту і надійну модель п’ятистрижневого трансформатора. Встановлено, що присутність бака трансформатора може бути врахована за допомогою лінійних індуктивностей, що представляють шляхи магнітних потоків поза осердям (потоків від ярма до ярма). Точність представленого моделювання процесів в трансформаторі в присутності ГІТ перевищує точність відомих моделей трифазних п’ятистрижневих трансформаторів. Адекватність моделі підтверджується близькістю прогнозованих діючих значень і кривих фазних струмів, а також споживаної реактивної потужності, до відповідних величин, виміряних в експерименті, проведеному на двох 400 MBA трансформаторах, які були під’єднані паралельно до енергосистеми напругою 410 кВ і послідовно відносно джерела постійної напруги. Наукова новизна. Розроблено спрощену безгістерезисну модель п’ятистрижневого трансформатора, яка відтворює поведінку трансформатора з такою ж високою точністю, що і гістерезисна модель, яка відрізняється тем, що вибір безгістерезисної моделі є науково обґрунтованим. Практична цінність. Практична цінність і значимість статті обумовлено тим, що запропонована модель трансформатора являє собою простий і надійний інструмент для дослідження електричних u1084 мереж. Стаття застерігає від використання надмірно ускладнених моделей, параметри яких не можуть бути визначені в експерименті або знайдені шляхом розрахунків.Item Влияние нестационарных электромагнитных процессов на электромеханические параметры в синхронном электроприводе(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Зиновкин, Владимир Васильевич; Антонов, Николай Леонидович; Крисан, Юрий Алексеевич; Зіновкін, Володимир Васильович; Антонов, Микола Леонідович; Крисан, Юрій Олексійович; Zinovkin, V.; Antonov, N.; Krysan, Yu.RU: Цель работы. Исследование влияния резкопеременной электрической нагрузки на нестационарные электромагнитные явления и электромеханические процессы в синхронном электроприводе. Методы исследования. Теоретические и экспериментальные методики исследований и анализа совокупности параметров резкопеременных нагрузок электротехнологических комплексов и электромагнитных процессов в электрооборудовании; физико-аналитические методики для получения зависимостей влияния электротехнологических нагрузок на техническое состояние, аварийность электрооборудования, добавочные потери и нестационарных электромагнитных явлений в системах и оборудовании. Полученные результаты. Выполнены расчеты превышения колебательных процессов вала синхронного электропривода, которые возбуждаются резкопеременными нагрузками, относительно нормированных государственными стандартами. Исходя из первостепенных требований электропривода и обеспечения нормируемых колебаний вала двигателя и возрастающих требований к надежности, эффективности и снижения энергозатрат на единицу вырабатываемой продукции было исследовано влияние нестационарных электромагнитных процессов на электромеханические параметры электропривода. Научна новизна. Предложена математическая методика нестационарных электромагнитных процессов в синхронном электроприводе, которая позволяет исследовать влияние несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на электромеханические параметры. Приведена инженерная методика оценки колебательной функции вала в зависимости от характера нестационарных электромагнитных процессов в синхронном электродвигателе. Практическая ценность. Предложена инженерная методика оценки колебаний вала синхронного электропривода при нестационарных электромагнитных процессах, приводящих к увеличению показателей нормативно-технической документации. UK: Мета роботи. Дослідження впливу різкозмінного електричного навантаження на нестаціонарні електромагнітні явища та електромеханічні процеси у синхронному електроприводі. Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні методики дослідження і аналізу сукупності параметрів різкозмінних навантажень електротехнологічних комплексів і електромагнітних процесів в електрообладнанні; фізико-аналітичні методики для отримання залежності впливу електротехнологічних навантажень на технічний стан, аварійність електрообладнання, додаткові втрати та нестаціонарних електромагнітних явищ в системах і обладнанні. Отримані результати. Виконано розрахунки перевищення коливальних процесів валу синхронного електроприводу, які збуджуються різкозмінними навантаженнями, відносно нормованих державними стандартами. Виходячи з першорядних вимог електроприводу і забезпечення нормованих коливань валу двигуна і зростаючих вимог до надійності, ефективності та зниження енерговитрат на одиницю вироблюваної продукції було досліджено вплив нестаціонарних електромагнітних процесів на електромеханічні параметри електроприводу. Наукова новизна. Запропоновано математичну методику нестаціонарних електромагнітних процесів в синхронному електроприводі, яка дозволяє досліджувати вплив несинусоїдальності і несиметрії струмів і напруг на електромеханічні параметри. Наведено інженерну методику оцінки коливальної функції валу залежно від характеру нестаціонарних електромагнітних процесів в синхронному електродвигуні. Практична цінність. Запропоновано інженерну методику оцінки коливань валу синхронного електроприводу при нестаціонарних електромагнітних процесах, що призводять до збільшення показників нормативнотехнічної документації. EN: Purpose. Investigation of the influence of sharply variable electric load on non-stationary electromagnetic phenomena and electromechanical processes in a synchronous electric drive. Methodology. Theoretical and experimental methods of research and analysis of a set of parameters of sharply varying loads of electrotechnological complexes and electromagnetic processes in electrical equipment; physical and analytical methods for obtaining dependencies of the influence of electrotechnical loads on the technical condition, the breakdown of electrical equipment, additional losses and non-stationary electromagnetic phenomena in systems and equipment. Findings. The calculations of the excess of the oscillatory processes of the synchronous electric drive shaft are performed, which are excited by sharply varying loads, relative to the norms standardized by state standards. Proceeding from the primary requirements of the electric drive and providing normalized oscillations of the motor shaft and increasing requirements to reliability, efficiency and energy consumption per unit of output, the effect of non-stationary electromagnetic processes on the electromechanical parameters of the electric drive was investigated. Originality. A mathematical technique is proposed for non-stationary electromagnetic processes in a synchronous electric drive, which allows one to investigate the effect of non-sinusoidal and unbalanced currents and voltages on electromechanical parameters. An engineering technique for estimating the oscillatory function of a shaft is given, depending on the nature of non-stationary electromagnetic processes in a synchronous motor. Practical value. An engineering technique for estimating the oscillations of a synchronous electric drive shaft is proposed for non-stationary electromagnetic processes, which lead to an increase in the parameters of normative and technical documentation.