05.09.03 "Електротехнічні комплекси та системи"

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/18477

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 30

Енергоефективний електропривід електромобіля з суперконденсаторною батареєю
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Семіков, Олексій Володимирович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Робота пов'язана із створенням лабораторного зразка енергоефективного електропривода електромобіля для учбових і наукових цілей на кафедрі «Автоматизовані електромеханічні системи» в НТУ "ХПІ". За свідченням світових експертів відбувається перехід до електромобільного транспорту з наростаючим темпами. Це обумовлено обмеженістю органічних енергоресурсів та екологічними факторами, особливо у в великих містах, де забрудненість повітря від вихлопних газів автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння (ДВЗ) вже досягає критичного рівня. Вищезазначене пояснює той факт, що уряди ряду провідних промислово розвинених країн (Німеччина, США, Китай та ін.) затвердили програми з переходу від ав-томобілів до електромобілів і навіть прийняли закони про заборону випуску автомобілів з ДВЗ вже в найближчій перспективі. Багато провідних закор-донних автомобільних фірм (Ніссан, Мерседес, Тесла, Фольксваген і ін.) вже серійно випускають електромобілі. Для України, яка імпортує більш половини необхідних нафтопродуктів і газу і в той же час має значні ресурси виробництва електроенергії від атомної енергетики у нічний час, перехід від автомобілів до електромобілів має особливе значення. В перспективі Україна, як і зазначені країни, приступить до широкого переходу на електромобільний транспорт. Вже у 2018 році країна посіла перше місце в Європі за темпами зростання кількості електромобілів. Найбільший наукотехнічний вклад у розробку та створення в Україні електротранспортних засобів різного призначення до 2010 року було внесено науковцями інституту електродинаміки НАН України під керівництвом А. К. Шидловского та В. Б. Павлова. Щоб бути готовим до масового переходу до електромобільного транспорту необхідно забезпечити підготовку фахівців, обізнаних у програмуванні, здатних здійснювати діагностику, ремонт, кваліфіковане обслуговування і експлуатацію електромобілів, а у можливій перспективі й прийняти участь у розробці та створенні вітчизняних зразків. Зараз електромобільною тематикою розпочали займатися кафедри ряду провідних ВУЗів, що традиційно готували фахівців з електроприводу. Це викликано з одного боку зменшенням виробництва промислових підприємств традиційних споживачів випускників з автоматизованого електроприводу (ЕП), з другого — доцільністю використання великого досвіду, що накопичений вченими, науковцями та викладачами закладів вищої освіти у дослідженні, розробці, створенні сучасних енергоефективних промислових електроприводів широкого призначення, а також при підготовці фахівців в галузі автоматизованих електромеханічних систем. На кафедрі "Автоматизовані електромеханічні системи" НТУ "ХПІ" у 2011 році було відкрито спеціалізацію "Комп'ютеризовані системи електромобілів", підготовка по якій після затвердження в Україні нового переліку спеціальностей ведеться в рамках спеціалізації "Мехатроніка та робототехніка" спеціальності "Електроенергетика, електротехніка і електромеханіка". Це потребувало створення тягового електропривода електромобіля для учбових і дослідницьких цілей, розробці методик дослідження різноманіття режимів його роботи, та отримання залежностей для розрахунку компонентів ЕП електромобіля. Тому представляється актуальною розробка енергоефективного тягового електропривода електромобіля і дослідження різноманіття режимів його роботи для учбових і дослідницьких цілей, а також вдосконалення методик для розрахунку силових компонентів ЕП з отриманням відповідних розрахункових залежностей. Вдосконалено методику розрахунку та вибору силового обладнання електропривода електромобіля за методом еквівалентування з використанням запропонованого масогабаритного коефіцієнту питомих сил та потужностей. Створено лабораторний стенд для перевірки працездатності розробленої схеми і оцінки енергоефективності при використанні суперконденсаторної батареї та співставленні результатів двома запропонованими модифікованими схеми, які забезпечують зменшення пульсацій напруги та втрат енергії. Побудовано математичну модель електромеханічної системи електромобіля в класичній і структурної формі, а також комп'ютерна модель з використанням пакету Simulink програми Matlab. Виконано комп'ютерне моделювання електромагнітних, електромеханічних і механічних процесів руху електромобіля в динамічних і статичних режимах при різних умовах руху. Досліджено аномальні режими роботи електроприводу електромобіля в умовах буксування коліс і встановлено, що можливими легко вимірювальними координатами встановлення факту буксування можуть бути похідна струму якоря, прискорення колеса і його похідна при наявності сучасного імпульсного датчика швидкості. Зроблено оцінку енергоефективності запропонованих схем електроприводу з суперконденсаторною батареєю для 7-ми міжнародних стандартних циклів руху з урахуванням втрат енергії в компонентах електроприводу. Проведено випробування електромобіля. Підтверджено працездатність розробленої принципової схеми електроприводу і підвищення енергоефективності в залежності від стандартного циклу руху на 13…24% за рахунок рекуперативних режимів при наявності суперконденсаторної батареї. Випробування підтвердили також суттєве зменшення навантаження акумуляторної батареї струмом, що свідчить про покращення теплового режиму. Це сприяє підвищенню її ресурсу і вказує на доцільність досліджень сумісного використання з СКБ літій-іоних та інших батарей, що встановлюються у серійних зарубіжних електромобілях.
Енергоефективний електропривід електромобіля з суперконденсаторною батареєю
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Семіков, Олексій Володимирович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Робота пов'язана із створенням лабораторного зразка електромобіля для учбових і наукових цілей на кафедрі "Автоматизовані електромеханічні системи" в НТУ "ХПІ" для підготовки кваліфікованих кадрів здатних вирішувати задачі діагностування, програмування, експлуатації і ремонту ЕП електромобі-лів, перехід до яких зменшує витрати вуглеводневих ресурсів і покращує екологічну обстановку в великих містах, та кількість яких значними темпами збільшується в Україні. Проведено огляд по електромобілям ведучих зарубіжних фірм. Сформульовані принципи розробки ЕП електромобіля, розроблено функціональну та принципові схеми ЕП. Запропоновано використання в складі джерела енергії суперконденсаторної батареї. Запропоновані методики розрахунків компонентів ЕП. Розвинуто метод еквівалентування навантаження при виборі електродвигуна введенням питомих по масі сил та потужностей та масогабаритного коефіцієнту. Розроблені математична та комп'ютерна моделі тягової електромеханічної системи, що враховують: нелінійність сил опору внаслідок аеродинамічної складової, нелінійність сил зчеплення коліс з дорожнім покриттям, нелінійність характеристики намагнічування, широтно-імпульсну модуляцію, дискретність системи керування. Здійснено комп'ютерне моделювання електромеханічних, електромагнітних процесів в динамічних і статичних режимах для різних умов руху і встановлено відповідність характеру часових діа-грам фізичній сущності процесів. Створено лабораторний стенд для експериме-нтального дослідження роботи СКБ в рекуперативних режимах і обґрунтована доцільність її використання. Проведене комп'ютерне моделювання, аналіз результатів якого дозволив запропонувати нові принципи побудови багатофазного широтноімпульсного перетворювача, який забезпечує раціональний розподіл струмів між АБ та СКБ. Виконана оцінка енергоефективності запропонованих схем у різних стандартних циклах руху із урахуванням втрат в компонентах ЕП. Показано, що економія електроенергії в залежності від умов руху складає 13...24%. Досліджені аномальні режими роботи ЕП електромобіля при буксуванні коліс і показано, що легко вимірюваними величинами встановлення факта виникнення буксування при наявності імпульсного датчика швидкості на колесах можуть бути похідна тока якоря, прискорення колеса та його похідна. Розроблено і створено на базі автомобіля "Ланос" першій в Україні електромобіль з СКБ. Підтверджено роботоздатність розробленого ЕП.
Теоретичні основи розвитку цифрових технологій в системах автоматизації, діагностики, контролю та захисту електротехнічних комплексів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Середа, Олександр Григорійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертацію присвячено розвитку теорії електромагнітних перехідних процесів в електротехнічних комплексах і системах низької напруги при несиметричних режимах роботи розподільних мереж електропостачання, а саме розробці теоретично обґрунтованого системного комплексу наукових методів і дослідницьких підходів застосування цифрових технологій для вдосконалення захисних характеристик апаратів релейного захисту та протиаварійної автоматики електричних мереж напругою 0,4 кВ. Теоретично обґрунтована та доведена доцільність розкладання сигналів, що являють собою складні коливання, на гармонійні складові, шляхом їх дискретизації множенням на ґратчасту дельта-функцію з частотою меншою за подвоєну частоту Найквіста, що дало можливість розширити перелік діагностованих аварійних режимів роботи розподільних мереж електропостачання напругою 0,4 кВ магістральної конфігурації. Здобула подальший розвиток теорія цифрової обробки аналогових сигналів шляхом їх множення на гратчасті дельта-функції з різними інтервалами дискре-тизації, що дозволило прискорити аналіз гармонійного спектру фазних струмів і струму в нейтральному провіднику за наявності нелінійних спотворень їх синусоїдальної форми внаслідок різної характеристики навантажень. Теоретично обґрунтована доцільність застосування методів цифрової обробки сигналів отриманих від датчиків струму для формування комплексних критеріїв спрацьовування максимальних струмових захистів при міжфазних коротких замиканнях з метою ідентифікації аварійних режимів роботи електричної мережі за ступенем спотворень середньоквадратичних значень фазних струмів в перехідному режимі, що дозволило знизити поріг чутливості максимального струмового захисту до рівня струмів віддалених коротких замикань, значення яких менші за пускові струми асинхронних електродвигунів підключених на початку лінії електропередачі. Встановлено процедури цифрової обробки отриманих від датчиків струму сигналів з метою вилучення інформації про такі параметри електричного кола, як коефіцієнт потужності й гармонійний спектр фазних струмів, виходячи з аналізу спотворених під впливом нелінійних навантажень й аперіодичної складової середньоквадратичних значень, обчислених в перехідному режимі за час, що не перевищує одного періоду зміни фазної електрорушійної сили. Науково обґрунтована та доведена доцільність формування критерію спрацьо-вування захисту нейтрального провідника від струмів перевантаження та струмів однофазних коротких замикань без залучення гармонійного аналізу спектру несинусоїдального струму, коли цілеспрямоване спотворення середньоквадратич-ного значення шляхом вибору відповідної частоти дискретизації вихідної аналогової залежності дозволяє не враховувати величину струму третьої гармоніки при побудові захисту від струмів однофазних коротких замикань і враховувати при побудові захисту від струмів перевантаження. З урахуванням розвитку існуючої методології в галузі теорії цифрової обробки сигналів розроблений комплекс наукових методів та дослідницьких підходів до вирішення актуальної науково-прикладної проблеми вдосконалення захисних характеристик апаратів максимального струмового захисту, а саме: • методи визначення коефіцієнта потужності електричного кола в перехідному режимі виникнення надструму для формування комплексного критерію ідентифікації виду збурення: струм віддаленого короткого замикання або пусковий струм асинхронного електродвигуна; • метод аналізу гармонійного складу фазних струмів несинусоїдальної форми для швидкої ідентифікації аварійних режимів роботи розподільних мереж електропостачання за наявності нелінійних навантажень; • метод ковзного моніторингу величини середньоквадратичного значення струму шляхом застосування математичного апарату інтегрування квадратів його миттєвих значень, отриманих з визначеною частотою дискретизації вихідної аналогової залежності струму в часі, який дозволив: діагностувати порушення цілісності нейтрального провідника в будь-якому місці розга-луженої мережі електропостачання з розподіленим вздовж лінії електропе-редачі як лінійним, так і нелінійним навантаженням без залучення гармо-нійного аналізу спектру фазних струмів та сформувати критерії спрацю-вання пристроїв захисту однофазних споживачів електроенергії від пере-напруг спричинених обривом нейтрального провідника; вдосконалити алгоритм захисту нейтрального провідника від струмів перевантаження та струмів однофазних коротких замикань за рахунок врахування гармоній-ного спектру струму в нейтральному провіднику, що дозволило в мережах електропостачання з різною характеристикою навантаження враховувати третю гармонійну складову струму вибірково шляхом вибору відповідної частоти дискретизації вихідної аналогової залежності в часі; • методи діагностування теплового стану асинхронних електродвигунів, що працюють в повторно-короткочасному режимі роботи, шляхом безпосереднього контролю над температурою обмоток статора в момент пуску, засновані на аналізі впливу зміни активного опору обмотки статора при зміні її температури на нерівномірність екстремальних значень миттєвої потужності, що споживає електродвигун при пуску; • метод теплового захисту асинхронних електродвигунів в умовах нелінійних спотворень синусоїдальної форми фазних струмів, який забезпечує зниження порогу чутливості теплового захисту асинхронних електродвигунів при струмах перевантаження за рахунок врахування впливу вищих гармонійних складових у фазних струмах, а саме струму п’ятої гармоніки, яка призводить до додаткових втрат і нагріванню обмоток статора. Розроблені алгоритми цифрової обробки аналогових сигналів отриманих від датчиків струму для забезпечення функціонування мікроконтролерних блоків керування апаратами релейного захисту та протиаварійної автоматики, а саме: • алгоритми швидкої ідентифікації виду надструму, зокрема пускових струмів асинхронних електродвигунів, за час, що не перевищує одного періоду зміни фазної електрорушійної сили після виникнення збурення електричного кола, що дозволило знизити поріг чутливості апаратів максимальних струмових захистів до рівня струмів віддалених коротких замикань і забезпечити режим віддаленого резервування відмов захистів; • алгоритми функціонування мікроконтролерних розчіплювачів автоматичних вимикачів при обриві нейтрального провідника в будь-якому місці розгалуженої мережі з розподіленим вздовж лінії електропередачі навантаженням, в яких за наявності нелінійних навантажень формування критерію спрацьовування захисту здійснюється за рахунок широко використовуваних в пристроях релейного захисту та протиаварійної автоматики математичних операцій інтегрування квадратів миттєвих значень фазних струмів без залучення аналізу їх гармонійного складу; • алгоритм функціонування мікроконтролерних розчіплювачів автоматичних вимикачів при захисті нейтрального провідника від струмів перевантаження та струмів однофазних коротких замикань, який базується на ковзному моніторингу середньоквадратичного значення струму в нейтральному провіднику в режимі, коли цілеспрямовано вносяться спотворення в обчислення середньоквадратичного значення струму шляхом вибору відповідної частоти дискретизації вихідної аналогової залежності, що дозволило не враховувати величину струму третьої гармоніки при побудові захисту від однофазних коротких замикань і враховувати при реалізації захисту від перевантажень щоб забезпечити повну селективність захистів розподільних мереж електропостачання напругою 0,4 кв з глухим заземленням нейтралі як з лінійними, так і з нелінійними навантаженнями без залучення гармонійного аналізу спектра струму в нейтральному провіднику; • алгоритми діагностування теплового стану асинхронних електродвигунів в перехідному режимі пуску шляхом безпосереднього контролю над температурою обмотки статора за зміною її активного опору при нагріванні, суть якого полягає в аналізі нерівномірності екстремальних значень миттєвої та квазімиттєвої потужностей, що споживаються в режимі виникнення пускового струму; • алгоритм функціонування реле теплового захисту асинхронних електродвигунів з урахуванням вищих гармонійних складових у фазних струмах, а саме струму п’ятої гармоніки, яка призводить до додаткових втрат і нагріванню обмоток статора. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації та вибраного напряму досліджень, сформульовано головну мету та завдання роботи, наведено наукову новизну та практичну значимість одержаних результатів. У першому розділі наведено науково-технічне обґрунтування актуальності проведення досліджень і розробки методів формування оптимальних алгоритмів функціонування мікроконтролерних засобів протиаварійного керування з метою забезпечення стійкості електроенергетичних комплексів і систем. Також у першому розділі проаналізовані технічні рішення спрямовані на швидке формування критеріїв ідентифікації різних аварійних режимів роботи електричного кола: міжфазних коротких замикань, пусків асинхронних електро-двигунів, однофазних коротких замикань на нейтральний провідник, перенапруг у однофазних споживачів електроенергії внаслідок порушення цілісності нейтрального провідника, перевантажень нейтрального провідника струмами третьої гармоніки, діагностування теплового стану асинхронних електродвигунів при перевантаженнях. У другому розділі розроблені ефективні алгоритми швидкої ідентифікації виду надструму з високою чутливості до струмів віддалених коротких замикань, що дозволило удосконалити захисну часострумову характеристику мікроконтролерних розчіплювачів автоматичних вимикачів і забезпечити як високу швидкодію селективного захисту, так і режим віддаленого резервування відмов апаратів максимального струмового захисту. У третьому розділі отримані математичні співвідношення, що дозволяють в мережах електропостачання з нелінійними видами навантажень і, як наслідок, зі спотворенням синусоїдальної форми фазних струмів враховувати їх гармонійний склад при побудові високочутливих захистів чотирьохпровідних розгалужених мереж електропостачання з розподіленим вздовж магістральної лінії електропередачі навантаженням в аварійних режимах роботи нейтрального провідника. У четвертому розділі теоретично обґрунтовано метод діагностування аварійних режимів електричного кола, який полягає в аналізі нерівномірності екстремальних значень миттєвої потужності, що споживається в перехідному режимі виникнення струму збурення, а саме розроблені математичні моделі теплового стану електродвигунів, що працюють в повторно-короткочасному режимі, при захисті від неприпустимого перевищення температури обмоток шляхом безпосереднього контролю над температурою обмотки статора за збільшенням її активного опору. Запропоновано та реалізовано у вигляді алгоритму функціонування мікропроцесорного пристрою захисту технічне рішення, яке дозволяє в режимі ковзного моніторингу сформувати час спрацьовування реле захисту асинхронних електродвигунів від струмів перевантаження з урахуванням нелінійних спотворень фазних струмів.
Теоретичні основи розвитку цифрових технологій в системах автоматизації, діагностики, контролю та захисту електротехнічних комплексів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Середа, Олександр Григорійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертація присвячена розвитку теорії електромагнітних перехідних процесів в електротехнічних комплексах і системах низької напруги при несиметричних режимах роботи розподільних мереж електропостачання, а саме розробці теоретично обґрунтованого системного комплексу наукових методів застосування цифрових технологій для вдосконалення захисних характеристик апаратів релейного захисту та протиаварійної автоматики електричних мереж напругою 0,4 кВ. Теоретично обґрунтована та доведена доцільність розкладання сигналів, що являють собою складні коливання, на гармонійні складові, шляхом їх дискретизації множенням на ґратчасту дельта-функцію з частотою меншою за подвоєну частоту Найквіста, що дало можливість розширити перелік діагностованих аварійних режимів роботи розподільних мереж електропостачання напругою 0,4 кВ. Здобули подальший розвиток методи цифрової обробки аналогових сигналів шляхом їх множення на гратчасті дельта-функції з різними інтервалами дискретизації, що дозволило прискорити аналіз гармонійного спектру фазних струмів і струму в нейтральному провіднику за наявності нелінійних спотворень їх синусоїдальної форми внаслідок присутності нелінійних навантажень. Теоретично обґрунтована доцільність застосування методів цифрової обробки сигналів отриманих від датчиків струму для формування комплексних критеріїв спрацьовування апаратів максимальних струмових захистів при міжфазних коротких замиканнях з метою ідентифікації аварійних режимів роботи електричної мережі за ступенем спотворень середньоквадратичних значень фазних струмів. Встановлені процедури цифрової обробки отриманих від датчиків струму сигналів з метою вилучення інформації про такі параметри електричного кола, як коефіцієнт потужності й гармонійний спектр фазних струмів, виходячи з аналізу спотворених під впливом нелінійних навантажень й аперіодичної складової їх середньоквадратичних значень, обчислених в перехідному режимі зміни струму. Науково обґрунтована та доведена доцільність формування критерію спрацьовування захисту нейтрального провідника від струмів перевантаження та струмів однофазних коротких замикань без залучення гармонійного аналізу спектру несинусоїдального струму.
Методи та засоби оцінки впливу коронного розряду на якість електропостачання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Карпалюк, Ігор Тимофійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2021. У роботі міститься вирішення актуальної науково-технічної проблеми створення та вдосконалення методів і засобів контролю параметрів якості систем електропостачання, що дозволить підвищити достовірність контролю і діагностики стану систем електропостачання при обмеженнях на обсяг вимірювальної інформації. Ця проблема полягає в урахуванні впливу на якісні показники системи електропостачання такого погіршуючого фактора як коронний розряд. До цього часу коронний розряд враховувався як паразитний споживач потужності. В даній роботі звернуто увагу на зв'язок коронного розряду і погіршення якісних показників електропостачання: коронний розряд може спричиняти перешкоди для спрацювання релейного захисту; коронний розряд може стати джерелом умов для виникнення дугового розряду на ізоляторах; коронний розряд є індикатором проблеми ізоляційних частин електроенергетичної системи. В роботі запропоновано визначати наявність коронного розряду і його координати для можливості проведення заходів по його усуненню. Наявність коронного розряду і його координати запропоновано визначати по його акустичному випроміненню. Запропонований метод було перевірено в лабораторних умовах. За результатами лабораторних досліджень було з’ясовано акустичні спектри притаманні саме коронному розряду. Було розроблено математичну модель, що дозволяє визначити наявність акустичного спектру коронного розряду в шумах електричного обладнання. Запропонована технологія акустичного визначення коронного розряда та метод визначення коронного розряда за акустичним спектром дозволяють створювати прилади діагностики. Запропонований метод акустичної діагностики дозволяє використовувати розроблену апаратну акустично діагностуючу систему, яка дозволяє проводити експрес-діагностику при встановленні навіть на платформах, що пересуваються і мають значну швидкість руху. Результати експериментальних досліджень розробленої системи показали її відповідність технічним вимогам та можливість отримання діагностичної інформації при гальванічно незалежному діагностуванні.
Методи та засоби оцінки впливу коронного розряду на якість електропостачання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Карпалюк, Ігор Тимофійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2021. У роботі міститься вирішення актуальної науково-технічної проблеми створення та вдосконалення методів і засобів контролю параметрів якості систем електропостачання, що дозволить підвищити достовірність контролю і діагностики стану систем електропостачання при обмеженнях на обсяг вимірювальної інформації. Ця проблема полягає в урахуванні впливу на якісні показники системи електропостачання такого погіршуючого фактора як коронний розряд. До цього часу коронний розряд враховувався як паразитний споживач потужності. В даній роботі звернуто увагу на зв'язок коронного розряду і погіршення якісних показників електропостачання: коронний розряд може спричиняти перешкоди для спрацювання релейного захисту; коронний розряд може стати джерелом умов для виникнення дугового розряду на ізоляторах; коронний розряд є індикатором проблеми ізоляційних частин електроенергетичної системи. В роботі запропоновано визначати наявність коронного розряду і його координати для можливості проведення заходів по його усуненню. Наявність коронного розряду і його координати запропоновано визначати по його акустичному випроміненню. Запропонований метод було перевірено в лабораторних умовах. За результатами лабораторних досліджень було з’ясовано акустичні спектри притаманні саме коронному розряду. Було розроблено математичну модель, що дозволяє визначити наявність акустичного спектру коронного розряду в шумах електричного обладнання. Запропонована технологія акустичного визначення коронного розряда та метод визначення коронного розряда за акустичним спектром дозволяють створювати прилади діагностики. Запропонований метод акустичної діагностики дозволяє використовувати розроблену апаратну акустично діагностуючу систему, яка дозволяє проводити експрес-діагностику при встановленні навіть на платформах, що пересуваються і мають значну швидкість руху. Результати експериментальних досліджень розробленої системи показали її відповідність технічним вимогам та можливість отримання діагностичної інформації при гальванічно незалежному діагностуванні.
Підвищення ефективності тягового асинхронного електроприводу з автономним джерелом живлення
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Шкурпела, Олександр Олександрович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи" – Харківський Національний Університет Міського Господарства імені О. М. Бекетова, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2020. Дисертація присвячена вирішенню науково-практичної задачі підвищення ефективності тягового асинхронного електропривода (ТАЕП) з автономним джерелом живлення за критерієм максимізації співвідношення момент-струм (МТРА) за рахунок оптимізації системи керування тяговим асинхронним двигуном (ТАД) з урахуванням зміни підведеної потужності. Розглянуто існуючі підходи до оптимізації з та без урахування впливу характеристики намагнічування ТАД. Серед недоліків підходу до оптимізації за критерієм максимізації ККД наведено, що вона потребують значних стендових випробувань тягового електроприводу. Для подальших досліджень був обраний критерій оптимізації MTPA. Встановлено, що існуючі підходи до оптимізації за критерієм МТРА створювались за умови повного використання автономного інвертора за напругою і не враховують режимів роботи в умовах обмеження потужності ТАД. Розглянуто особливості проведення дослідження роботи ТАЕП (на базі моделювання), що дозволило визначити структуру імітаційної моделі та її необхідні складові. Встановлено, що для більш поглибленого аналізу (на базі моделювання) процесів, що відбуваються у ТАЕП, у тому числі і під час нештатних режимів, необхідні: імітаційна модель електричної та керуючої частини ТАЕП; імітаційна модель механічної частини рухомого складу, включаючи контакт "колесо − рейка"; імітаційна модель профілю колії. Для проведення досліджень, в якості базового зразка було обрано рухомий склад з автономним джерелом живлення – дизель-поїзд ДЕЛ-02. Створення імітаційних моделей ТАЕП, узгоджених з результатами випробувань ТАЕП базового зразка дозволили оцінити адекватність результатів дослідження оптимізованого ТАЕП. Послідовність виконання дослідження реалізовано за наступним алгоритмом: для отримання адекватної моделі ТАЕП досліджена система керування ТАЕП базового зразка; після верифікації імітаційної моделі в системі керування здійснена заміна структури та алгоритму керування ТАЕП, а саме заміна скалярної системи керування на векторну систему, що оптимізована за критерієм МТРА; оцінені результати імітаційного моделювання поїзних режимів оптимізованого ТАЕП. Розроблено імітаційні моделі складових та загальну модель ТАЕП, що адаптована для проведення досліджень за обраними задачами. Імітаційну модель джерела живлення подано спрощеною, оскільки перехідні процеси дизель-генераторної установки мають значно більшу інерційність, ніж процеси розвитку аварійних та нештатних режимів у електричній та механічній частинах ТАЕП. При імітаційному моделюванні системи автономний інвертор напруги – тяговий асинхронний двигуи (АІН – ТАД) проведено перевірку реалізації нелінійності магнітного кола імітаційної моделі ТАД шляхом моделювання досліду холостого ходу для восьми значень лінійної напруги ТАД. Для оцінювання, отримана характеристика холостого ходу порівнювалася з результатами стендових випробувань восьми серійних ТАД типу АД906 (виробництва ДП "ЗАВОД "ЕЛЕКТРОВАЖМАШ"), що дало змогу відобразити статистичне відхилення параметрів діючих зразків ТАД від розрахункових, що не перевищують 5 %. Для підтвердження адекватності загальної моделі ТАЕП було проведено порівняльний аналіз результатів імітаційного моделювання та результатів поїзних випробувань базового зразка при русі зі швидкістю 5 км/год та при розгоні до швидкості 50 км/год по рівній ділянці колії. Встановлено, що відхилення результатів імітаційного моделювання від результатів експерименту за F-критерієм Фішера не перевищують 5 %. При вирішенні задачі синтезу системи керування ТАД, оптимізованої за критерієм МТРА, запропоновані аналітичні вирази обчислення кута положення вектора струму ТАД, значення модуля вектора потокозчеплення ротора ТАД, що враховує зміну величини підведеної потужності. Обґрунтовано вибір способу апроксимації характеристики потокозчеплення ротора ТАД у режимі послаблення поля, отриманий у ході проведення дослідження перехідних процесів у системі АІН – ТАД у режимі послаблення поля. Встановлено, що апроксимація характеристики потокозчеплення тягового двигуна типу АД906 за допомогою лінійної функції призводить до значних відхилень величини потужності двигуна, а саме до рівня 82.6 % від номінальної, що в свою чергу призводить до зниження величини електромагнітного моменту на 20%. Встановлено, що при апроксимації характеристики потокозчеплення складеною функцією з двох лінійних дозволяє зменшити такий ефект, проте на ділянці зламу характеристики мають місце збурення величини споживаної потужності та перевантаження асинхронного двигуна за потужністю на 4 %. Апроксимація характеристики намагнічування за допомогою полінома 4-го порядку не мають таких ефектів, чим і обумовлений вибір способу апроксимації. Встановлено, що без вживанні спеціальних заходів щодо виявлення та припинення надлишкового проковзування у контакті колесо – рейка відбувається розвиток фрикційних коливань, що супроводжуються знакозмінними значеннями електромагнітного моменту ТАД, які перевищують допустимі (1.2 – 1.5 рази). Тому, для ТАЕП запропоновано математичний опис блока корекції та розподілу задання струму ТАД залежно від поточних частот обертання роторів ТАД, що дозволило обмежити прискорення частот обертання, для контролю динаміки руху або створення ефективного захисту від надмірного проковзування колісних пар (боксування, юза). Ефективність роботи такої системи була досліджена при імітаціному моделюванні поїзних режимів роботи при русі по ділянці колії з незадовільними умовами зчеплення колеса з рейкою. Встановлено, що застосування блоку корекції та розподілу струму ТАД виключають надмірне проковзування колісних пар при реалізації граничного за умовами зчеплення тягового зусилля. Розроблено імітаційну модель оптимізованого ТАЕП і встановлено, що використання оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності дає змогу збільшити електромагнітний момент ТАД в залежності від величини обмеження потужності від 2 % до 53 % у режимі пуску, а коефіцієнт потужності на 17.6 %. Таким чином в ході проведеного дослідження показано, що застосування оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності підвищує ефективність автономного тягового електроприводу.
Підвищення ефективності тягового асинхронного електроприводу з автономним джерелом живлення
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Шкурпела, Олександр Олександрович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи" – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2020. Дисертація присвячена вирішенню науково-практичної задачі по підвищенню ефективності тягового асинхронного електроприводу (ТАЕП) з автономним джерелом живлення за критерієм максимізації співвідношення момент-струм (МТРА) за рахунок оптимізації системи керування тяговим асинхронним двигуном (ТАД) з урахуванням зміни підведеної потужності. Розглянуто існуючі підходи до оптимізації з та без урахування впливу характеристики намагнічування ТАД. Встановлено, що існуючі підходи до оптимізації за критерієм МТРА створювались за умови повного використання автономного інвертора за напругою та не враховують режимів роботи в умовах обмеження потужності ТАД. Розглянуто особливості проведення дослідження роботи ТАЕП (на базі моделювання), що дозволило визначити структуру імітаційної моделі та її необхідні складові. Для проведення досліджень був обраний рухомий склад з автономним джерелом живлення – дизель-поїзд ДЕЛ-02, як базовий зразок. Розроблені імітаційні моделі складових та загальна модель ТАЕП, що адаптована для проведення досліджень за обраними задачами. Імітаційна модель джерела живлення представлена спрощеною, оскільки перехідні процеси дизель-генераторної установки мають значно більшу інерційність, ніж процеси розвитку аварійних та нештатних режимів у електричній та механічній частинах ТАЕП. При імітаційному моделюванні системи автономний інвертор – ТАД проведена перевірка реалізації нелінійності магнітного кола імітаційної моделі ТАД шляхом моделювання досліду холостого ходу для восьми значень лінійної напруги ТАД. В якості оцінки, отримана характеристика холостого ходу порівнювалася з результатами стендових випробувань восьми серійних ТАД типу АД906 (виробництва ДП "ЗАВОД "ЕЛЕКТРОВАЖМАШ"), що дозволило відобразити статистичне відхилення параметрів діючих зразків ТАД від розрахункових, що не перевищують 5%. Для підтвердження адекватності загальної моделі ТАЕП був проведений порівняльний аналіз результатів імітаційного моделювання та результатів поїзних випробувань базового зразка при русі зі швидкістю 5 км/г та при розгоні до швидкості 50 км/г по рівній ділянці шляху. Встановлено, що відхилення результатів імітаційного моделювання від результатів експерименту за F-критерієм Фішера не перевищують 5%. При вирішенні задачі синтезу системи керування ТАД, оптимізованої за критерієм МТРА, запропоновані аналітичні вирази обчислення кута положення вектора струму ТАД, значення модуля вектора потокозчеплення ротора ТАД, що враховує зміну величини підведеної потужності. Обґрунтований вибір способу апроксимації характеристики потокозчеплення ротора ТАД в режимі послаблення поля, отриманий в ході проведення дослідження перехідних процесів у системі автономний інвертор напруги – ТАД в режимі послаблення поля. Для ТАЕП запропонований математичний опис блоку корекції та розподілу завдань струму ТАД в залежності від поточних частот обертання роторів ТАД, що дозволило обмежити прискорення частот обертання, для контролю динаміки руху або створення ефективного захисту від надмірного проковзування колісних пар (боксування, юзу). Розроблено імітаційну модель оптимізованого ТАЕП та встановлено, що використання оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності дозволяють збільшити електромагнітний момент ТАД на 53% в режимі пуску, а коефіцієнт потужності на 17.6%, що підтверджує ефективність запропонованих рішень.
Методи та засоби аналізу якості електропостачання та електромагнітної сумісності електротехнічних комплексів та систем
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Гапон, Дмитро Анатолійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. У дисертаційній роботі вирішується важлива науково-технічна проблема підвищення якості електропостачання електротехнічних об'єктів, комплексів та систем і забезпечення їх електромагнітної сумісності шляхом розвитку математичного та апаратного забезпечення систем обліку електроенергії з урахуванням енергетичної ефективності режимів електроспоживання і виявлених порушень меж електромагнітної сумісності з боку постачальника електричної енергії або її споживача. У вступі визначено існуючу проблему і обґрунтовано актуальність теми дисертації, наведено зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету і завдання наукового дослідження, розглянуто об'єкт та предмет досліджень, наведено перелік методів дослідження, що застосовувалися для досягнення поставленої мети роботи. Викладено наукову новизну й практичну значущість отриманих результатів, наведено дані про публікації й апробацію результатів роботи, охарактеризовано особистий внесок здобувача, надано відомості про впровадження результатів роботи. У першому розділі на підставі вивчення та систематизації результатів аналізу матеріалів з відкритих джерел сформульовані основні недоліки існуючих методів оцінки якості електропостачання та нормативної бази, яка не дозволяє у повному обсязі вирішувати конфліктні ситуації при виникненні порушень меж електромагнітної сумісності у розрізі електропостачальник-споживач. Також розглянуті методи визначення відповідальності за погіршення якості електричної енергії та окремих її показників. У другому розділі проведено аналіз типової схеми електропостачання, що дозволило зробити висновки та отримати основні числові характеристики системи електропостачання трифазного електротехнічного об'єкту з напругою живлення 10 кВ. За допомогою комп’ютерної моделі показано взаємний вплив декількох споживачів на показники якості напруги у точці приєднання та проаналізовано вплив параметрів системи електропостачання ці показники. Показано, що визначення джерела вищих гармонік за напрямком складової потужності вищої гармоніки не дозволяє гарантовано виділити споживача з нелінійним навантаженням у разі якщо кількість таких споживачів більша за одного. Також проаналізовано сумісність стандартів EN 50160 та IEEE 519 з точки зору норми рівнів гармонійних складових у складі струму та напруги. Отримані результати дозволяють говорити про наявність окремих моментів в яких вищи гармонійні складові струму, що генерує споживач не порушуючи меж стандарту IEEE 519, можуть викликати наявність гармонік напруги що перевищують норми установлені EN 50160. Також зроблено висновки щодо встановлення обмежень генерації вищих гармонійних складових за допомогою нормованих значень опору системи. У третьому розділі запропоновано подальший розвиток математичного апарату визначення коефіцієнтів потужності та втрат, як показників якості електроспоживання, зокрема обґрунтовані визначення інтегральних коефіцієнтів втрат для трифазних трипровідних та чотирьохпровідних мереж. Отримала подальший розвиток теорія "еталонного" споживача. Показано, що в трифазній трипровідній мережі еталонним споживачем незалежно від параметрів напруги є симетричний трикутник постійних активних опорів. Показано, що в трифазній чьотирьохпровідній системі еталонним споживачем незалежно від параметрів напруги є поєднання симетричного трикутника постійних активних опорів і симетричної зірки, опір в гілках якої в стільки ж разів більше опорів трикутника, у скільки разів активний опір провіднику нейтралі більше опору фазних провідників. Вперше запропоновано математичний апарат виділення окремих складових із загальних коефіцієнтів потужностей та втрат за такими типами спотворень як несиметрія, нелінійність, реактивність та нестаціонарність. Запропоновано концепцію еталонного реактивного споживача з умов максимуму потужності або мінімуму втрат при рівності співвідношень перетоків потужності від і до споживача, що дозволяє реалізувати обчислення коефіцієнту реактивності та потужності при довільній формі напруги у однофазних та трифазних мережах. Показано, що при такій постановці еталонний реактивний споживач тяжіє до генерації вищих гармонік і не має зручного аналітичного або чисельного рішення для порівняння з поточним споживачем. Запропоновано концепцію середньореактивного споживача, у якого усі гармоніки мають рівне співвідношення перетікань потужності до і від споживача, що дозволяє реалізувати порівняння режиму електроспоживання поточного споживача з таким середньореактивним. Запропоновано методику оцінки коефіцієнтів втрат і потужності від несиметрії для трифазного споживача при довільній напрузі. Запропоновано методику оцінки співвідношення коефіцієнтів втрат від реактивності і нелінійності споживача шляхом поділу відповідних гармонік струму Фризе у напрямку активної складової. Запропоновано методику оцінки коефіцієнтів втрат і потужності від нестаціонарності споживання. У четвертому розділі проведено аналіз характеру комплексного опору електричної мережі в залежності від параметрів її елементів для типових випадків підключення споживачів на напрузі 10 КВ. Отримана залежність дозволяє говорити про можливе застосування нормованих значень для оцінки пропускної здатності мережі. Набув подальшого розвитку метод вимірювання електричних параметрів трифазної мережі заснований на апроксимації вхідного сигналу сумою гармонійних складових. Особливостями методу є автоматичне підстроювання по частоті і тривалості інтервалу спостереження у заданому діапазоні, використання повного набору напруг фаз (або лінійних) при визначенні частоти з урахуванням їх вагових значень, що дозволяє зменшити похибки вимірювання у складних умовах – при наявності несиметрії, вищих гармонік, аперіодичної складової або при відсутності напруги у окремій фазі. Крім того, метод вимірювання використовує постійну частоту квантування вхідних цифрових даних, що дозволяє спростити апаратну частину приладу. Запропоновано метод обчислення діючих значень з точною прив'язкою до періоду напруги, одержуваного попереднім методом, що дозволяє виключити частотну похибку при вимірюванні незалежно від розташування початку та закінчення інтервалу спостереження відносно відліків вхідного цифрового сигналу. Запропоновано систему обліку електричної енергії з використанням показників якості електричної енергії та ефективності електроспоживання. Особливістю системи є додатковий облік втрат на передачу електричної енергії шляхом порівняння характеристик електроспоживання поточного споживача з такими для еталонного споживача, тобто використання коефіцієнтів втрат або потужності. Такий метод обліку дозволяє коректно тарифікувати всі відхилення в режимах роботи навантаження, такі як реактивність, нелінійність і нестаціонарність. Запропоновано систему штрафних санкцій за погіршення якості електричної енергії, заснована на підрахунку "штрафної" енергії в разі, якщо споживач порушує норми електроспоживання і "нетарифікованої" енергії, в разі коли порушень з боку споживача немає, але якість електроенергії не відповідає нормам. Запропоновано основи тарифікації на базі даної системи обліку електроенергії. У п'ятому розділі експериментально отримані дані, що підтверджують теоретичні положення розділів 3 та 4. Зокрема були реалізовані оцінки якості електроспоживання шляхом порівняння з набором еталонних споживачів. Експеримент показав можливість успішного застосування виділення струму Фрізе і його подальшого аналізу з метою оцінки якості електроспоживання. При цьому можливе паралельне використання його трифазної і однофазної реалізацій для оцінки несиметрії, нелінійності і реактивності відповідно. Запропонована в розділі 3 методика порівняння з еталонним среднереактівним споживачем не виявила себе в якості ефективного інструменту аналізу і не представляється перспективною. У той же час поділ гармонійних складових струму Фрізе у напрямку їх активної складової дозволяє ефективно відстежувати джерело походження струмів вищих гармонік. Визначені вище методи з використанням моделі фрагменту енергосистеми з різними типами навантаження підтвердили коректність розроблених методів оцінки якості електроспоживання. Випробування за допомогою осцилограм, отриманих на реальних трифазних навантаженнях (тягової підстанції) також підтвердило працездатність та ефективність розроблених методів оцінки. В моделях з перевищенням допустимих режимів, використання математичного апарату розробленого в розділі 4 дозволило виявити джерело спотворень, навіть за умови коли одночасно декілька споживачів виступають в якості джерел цих спотворень.
Методи та засоби аналізу якості електропостачання та електромагнітної сумісності електротехнічних комплексів та систем
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Гапон, Дмитро Анатолійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. У роботі міститься вирішення актуальної наукової проблеми аналізу якості електропостачання та електромагнітної сумісності електротехнічних комплексів та систем. Ця проблема полягає у відсутності математичної бази та, відповідно, нормативної бази оцінювання впливу окремого електротехнічного комплексу або системи споживача на якість електроенергії. Діючи норми покладають усю відповідальність за низьку якість електропостачання на безпосередньо постачальну організацію у вигляді штрафів, що, як показує досвід, не сприяє побудові оптимальних систем електропостачання. В роботі запропоновано оцінку якості електропостачання шляхом порівняння режиму електроспоживання діючого електротехнічного комплексу з еталонним споживачем у вигляді числових коефіцієнтів потужності та втрат. Отримані розрахункові формули для однофазних, трифазних трипровідних та чотирьохпровідних систем електропостачання. Запропоновано розподіл загальних втрат на втрати від несиметрії, не лінійності, реактивності та нестаціонарності. Запропоновано та досліджено концепції еталонного реактивного споживача та усередненого реактивного споживача. Запропоновано методику врахування якості електроспоживання при розрахунках за спожиту електроенергію, яка створює економічний стимул для підвищення ефективності енергорежимів споживача. Запропоновано методику оцінки порушення споживачем норм споживання за величиною потужності і гармонійних складових, що потенційно здатні викликати вихід показників якості електричної енергії за допустимі межі. Надано основи методики побудови штрафних санкцій щодо споживача у разі перевищення допустимих параметрів електроспоживання, а також штрафних санкцій щодо постачальника електричної енергії у разі низької якості електричної енергії та відсутності порушень з боку споживача.