Вісник № 02. Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/55271

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 12 з 12

Мультифізична модель процесів у електромагнітах і актуаторах вакуумних комутаційних апаратів з урахуванням контактної взаємодїї конструктивних елементів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Пантелят, Михайло Гаррійович; Кузьмін, Артем Олексійович
У статті запропонована удосконалена методика мультифізичного комп’ютерного моделювання зв’язаних процесів у конструктивних елементах вакуумних комутаційних апаратів середньої та високої напруги з урахуванням контактних явищ. У конструкціях сучасних вакуумних автоматичних вимикачів і контакторів спостерігається значне використання електромагнітних актуаторів на основі висококоерцитівних магнітотвердих рідкоземельних композиційних матеріалів NdFeB і SmCo. Найбільш перспективними для використання в якості приводів автоматичних вимикачів і контакторів є поляризовані електромагніти на основі використання зазначених висококоерцитівних постійних магнітів. Однак існуючі серійні конструкції електромагнітів і актуаторов необхідно суттєво вдосконалити з метою підвищення надійності і терміну експлуатації, зниження масогабаритних і вартісних показників, подальшого зниження енергоспоживання, вдосконалення технологічності процесу масового виробництва. Комп‘ютерне моделювання запропоновано виконувати методом скінченних елементів у двовимірній постановці з використанням комерційних програмних продуктів і (або) програмного забезпечення, створеного безпосередньо для проведення зазначених досліджень. Одним із пріоритетних напрямків удосконалення математичних моделей і алгоритмів комп’ютерного моделювання процесів у механічному колі вакуумних комутаційних апаратів середньої та високої напруги є врахування контактної взаємодії конструктивних елементів апаратів, що розглядаються. Наступним кроком, завдяки використанню вдосконаленої математичної моделі, є виконання комплексу розрахункових досліджень і на основі отриманих чисельних результатів розробка рекомендацій, спрямованих на створення конструкцій електромагнітів і актуаторів, які б відповідали світовим стандартам і були конкурентоспроможними на світовому ринку.
Експериментальне дослідження генераторного режиму роботи безщіткового двигуна постійного струму при підвищеній частоті обертання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Кортунов, Вячеслав Іванович; Маслєнніков, Андрій Михайлович; Єгоров, Андрій Володимирович; Дунєв, Олексій Олександрович
У статті розглядається конструкція безщіткового двигуна постійного струму, що серійно випускається, з прямим приводом в генераторному режимі роботи при частоті обертання вище номінальної. У проведених експериментах підвищення частоти обертання виконувалось за допомогою трифазного асинхронного двигуна номінальною потужністю 5,5 кВт та частотою обертання 2920 об/хв, яка надалі збільшувалася за рахунок пасового двоступінчастого редуктора зі зміною коефіцієнта редукції від 0,16-1,6. Однак, зі зростанням частоти обертання зростають і магнітні втрати, які в свою чергу, збільшують необхідне значення механічної потужності, що підводиться, і призводять до теплового навантаження безщіткової машини постійного струму. Збільшення частоти обертання генератора призводить до зростання ЕРС і при тому ж значенні струму статора призводить до зростання потужності, що віддається до навантаження. В ході експерименту напруга випрямлялась за допомогою трифазного діодного мосту і згладжувалась конденсатором, після чого підключався реостат навантаження. Подані розрахунки магнітних втрат потужності для різних марок електротехнічної сталі наочно показують нелінійну залежність між частотою магнітного поля та їх величиною. Експериментальні дослідження проводились при різних частотах обертання безщіткової машини постійного струму в широкому діапазоні від 140 об/хв до 5228 об/хв, при цьому були отримані значення вихідної потужності в залежності від частоти обертання. Встановлено, що під час роботи машини у генераторному режимі необхідно враховувати особливість експлуатації генераторів у вітроелектроустановках, автономних джерелах живлення чи гібридних силових установках. В одному випадку, варто обмежувати частоту обертання від привідного механізму, а в іншому, режим роботи при підвищеній частоті обертання може бути необхідний для часткового форсування і віддачі більшої потужності при короткочасному використанні.
Управління режимом реактивної потужності
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Калінчик, Василь Прокопович; Побігайло, Віталій Анатолійович; Калінчик, Віталій Васильович; Скосирев, Віктор Георгійович
В статті досліджуються методи управління режимами реактивної потужності. Показано, що забезпечення економічності передачі та розподілу електроенергії невіддільне від постановки та вирішення задач, пов’язаних із зниженням втрат електроенергії в мережах. Причому одним із найбільш ефективним способом зниження втрат електроенергії, а також підвищення її якості на затискачах електроприймачів є компенсація реактивної потужності, яка здійснюється за допомогою різних компенсуючих пристроїв. Показано, що управління режимом реактивної потужності здійснюється відповідно до Методики обчислення плати за перетікання реактивної енергії між електропередавальною організацією та її споживачами. Показано, що індикатором економічно вигідної величини рівня споживання реактивної енергії може бути сos φз, величина якого попередньо задається. Процедура управління режимом реактивної потужності містить два основних етапи: етап визначення величини можливого зниження поточного сos φ над заданим та етап визначення та реалізації управляючих впливів, направлених на ліквідацію можливого відхилення. Переважно кращою представляється орієнтація на ті методи, які ґрунтуються на дослідженні прогнозних оцінок, що складають вихідну інформацію для прийняття рішень по управлінню. За основу для оперативного прогнозування електричного навантаження доцільно використовувати адаптивні методи експоненціального згладжування. Управління режимом реактивної потужності здійснюється за допомогою компенсуючих установок. Показано, що управління режимами напруги в системі електропостачання суттєво впливає на режими споживання реактивної потужності. В зв’язку з цим доцільне комплексне вирішення проблеми управління режимом реактивної потужності як за рахунок управління компенсуючими установками, так і впливу на режими напруги системи електропостачання. В розрахунковій моделі реактивне навантаження розподільної мережі задається своїми статичними характеристиками, які можуть бути основою для регулювання реактивного навантаження. Для здійснення регулювання в центрах живлення електричних мереж передбачаються технічні засоби на основі змінення коефіцієнта трансформації або генерації реактивної потужності шляхом зустрічного регулювання напруги.
Совершенствование технологии производства компенсационных медных и медностальных токопроводов
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мохнач, Ричард Эдуардович
В статье изложена технология изготовления токопроводов для систем питания кранов, железнодорожных транспортных средств, мощных ответственных электродвигателей и энергосистем. Показаны результаты исследований для медно-стальных образцов, в указанных системах происходят снижение потерь материалов, за счет увеличения прочности и долговечности изделий. Предложенная технология может быть использована для использования стале-медных проводов в системах компенсации потерь электроснабжения.
Особливості оцінки надійності зовнішньої полімерної ізоляції газонаповнених вимірювальних трансформаторів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Жорняк, Людмила Борисівна; Афанасьєв, Олексій Іванович; Щусь, Віталій Миколайович; Морозов, Олексій Юрьєвич; Руденко, Юлія Володимирівна
В статті авторами запропонована методика оцінки параметрів електричного навантаження для розрахунку показників експлуатаційної надійності твердої ізолюючої структури газонаповнених високовольтних апаратів, що являє собою опорну та ізолюючу покришку для вимірювальних високовольтних трансформаторів, заповнених елегазом в якості внутрішнього ізолюючого середовища. Ця методика дозволяє оцінити параметри електричного навантаження (напругу та напруженість поля) в залежності від конструктивних особливостей апарату та системи екранування, що використовується для вирівнювання електричного поля. Розроблена методика дозволяє отримати значення показників експлуатаційної надійності газонаповненого високовольтного обладнання (вимірювальні трансформатори, розрядники, обмежувачі перенапруги та ін.) шляхом визначення параметрів теоретичних законів розподілів, або даних експериментальних досліджень чи статистичну інформацію, яка отримана в результаті моніторингу роботи ізоляційних конструкцій з урахуванням реальних умов експлуатації та дії зовнішніх чинників. Реалізація цієї методики дає можливість врахувати вплив зовнішніх факторів і експлуатаційних характеристик, властивих вимірювальним трансформаторам як струму, так і напруги. У запропонованій методиці в якості прикладу розглядається опорна ізоляційна покришка, що знаходиться під час експлуатації в найбільш несприятливих умовах, таких як зовнішнє забруднення, зволоження та їх комбінація, перенапруги різного походження та ін. Теоретичні висновки підтверджуються результатами розрахунків та ймовірнісного моделювання на прикладі найбільш масової конструкції газонаповненого трансформатора струму серії ТОГ-362. Більш точне визначення ефективності запропонованої методики прогнозування параметрів теоретичних законів розподілу та показників надійності можна досягти за рахунок проведення додаткової серії розрахунків та експериментальних випробувань конкретних ізоляційних конструкцій. Таким чином, був зроблений висновок про можливість використання отриманих результатів для оцінки показників експлуатаційної надійності зовнішньої ізоляції як газонаповнених вимірювальних трансформаторів, так і аналогічного високовольтного обладнання розподільних пристроїв та трансформаторних підстанцій.
Абсорбційні методи контролю технічного стану електричної ізоляції
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Костюков, Іван Олександрович
В статті наведено огляд найбільш розповсюджених методів контролю технічного стану електричної ізоляції, що засновані на використанні абсорбційних явищ, які виникають в ній під дією прикладеної постійної напруги. Описано основні положення методу контролю за визначеною на електродах досліджуваного ємнісного об’єкта напругою, відновлюваною після короткочасного розряду його ємності. Проаналізовано основні аспекти застосування індексу поляризації та коефіцієнта абсорбції для визначення технічного стану ізоляції шляхом викорис-тання коефіцієнтів, що характеризують зміну в часі струму через діелектрик при подачі на нього постійної випробувальної напруги.
Человеческое тело как источник энергии
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гончаров, Евгений Викторович; Крюкова, Наталья Валерьевна; Марков, Владислав Сергеевич; Поляков, Игорь Владимирович
В статье рассматриваются актуальные проблемы использования энергии, выделяемой человеческим телом. Возникает вопрос, а сколько энергии может вырабатывать человеческое тело? А возможно ли использовать эту энергию для бытовых и промышленных нужд? В 18 и 19 веках появились первые научные работы на эту тему. Выяснилось, что носителями зарядов в белках живого организма являются протоны и электроны, которые вместе с системой электронно-дырочной проводимости создают присущую только живому организму проводимость. Электрическая активность мозга оценивается импульсами напряжения амплитудой 500 мкВ различной частоты от 0,5 до 55 Гц. Получить импульсы с такой частотой и такой амплитудой от носителей заряда только ионного типа невозможно. Электрохимические источники тока инерционны, поэтому это может являться прямым доказательством наличия в мозгу и нервной системе электронного движения носителей заряда. Вполне реально использовать тепловую энергию человеческого тела. В настоящее время центральное здание Стокгольмского железнодорожного вокзала превращено в своеобразный экспериментальный полигон. Ежесуточно через здание вокзала проходит около 250 тыс. человек, которые выделяют до 25 МВт тепловой энергии. Большая ее часть в виде нагретого воздуха собирается в вентиляции и через теплообменники энергия передается на нагрев воды в системе отопления другого здания. По приблизительным оценкам эффективность такой системы позволяет экономить до 25% энергии, расходуемой на отопление здания. Внутри человека вырабатываются электрические токи различных частот в 7 биологических электростанциях: в сердце, в мозге и в пяти органах чувств. Все электричество, которое вырабатывается внутри человеческого организма, поглощается его же тканями. Ни один электрон, произведенный внутри живого организма, не покидает человеческое тело, и не переходит в окружающую среду, а поглощается кожей. Этим и обусловлена замкнутость электрической системы человека. Организм сам поглощает все электричество, которое ранее он же и произвел. Вырабатываемая человеческим телом энергия подразделяется на механическую, тепловую и электрическую. Наиболее эффективно можно использовать тепловую энергию человеческого тела. Механическая энергия также может быть использована, однако с гораздо меньшей эффективностью. Электрическую энергию человеческого тела на данном этапе развития науки и техники использовать практически невозможно. Ее использование видимо станет реальным в очень отдаленном будущем.
Експериментальне дослідження впливу феромагнітного осердя на швидкодію індукційно-динамічного розчіплювача з якорем поротного типу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Литвиненко, Вікторія Володимирівна; Середа, Олександр Григорійович; Варшамова, Ірина Сергіївна; Король, Олена Геннадіївна
Автоматичні вимикачі струмового захисту напівпровідникових перетворювачів обмежують тривалість та амплітуду надструму на такому рівні, щоб його теплова дія не перевищила максимально допустимий тепловий захисний показник напівпровідникового приладу, що захищається. Обмеження теплової дії струму короткого замикання досягнуто зменшенням власного часу спрацьовування автоматичного вимикача. Конструкція вимикача змінена таким чином, що замість базового електромагнітного розчіплювача використаний індукційно-динамічний, який, в свою чергу, складається з індуктора з феромагнітним осердям і якоря поворотного типу у вигляді мідного диску. Електродинамічне зусилля, що розвиває індукційно-динамічний розчіплювач для швидкого спрацьовування, визначається коефіцієнтом взаємної індуктивності котушки індуктора і якоря. Застосування феромагнітного осердя спричинило збільшення коефіцієнта взаємної індуктивності котушки та якоря, а отже збільшення електродинамічного зусилля, що розвиває розчіплювач, і зменшення власного часу спрацьовування вимикача. На макетному зразку проведено експериментальне дослідження власного часу спрацьовування розчіплювача за різних значень електричних параметрів конденсаторної батареї живлення індуктора, обмоткових даних котушки індуктора та габаритних розмірів диску. Результати досліджень довели як зменшення часу спрацьовування автоматичного вимикача при збереженні енергії конденсаторної батареї живлення індуктора, так і зменшення потрібної енергії конденсаторної батареї живлення індуктора при збереженні мінімального часу спрацьовування вимикача. Зменшення енергії конденсаторної батареї живлення індуктора дозволило зменшити ємність та напругу конденсаторної батареї живлення розчіплювача, а отже її габарити.
Напряжение как параметр диагностики состояния ОПН
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Ким, Ен Дар; Коростелев, Ян Евгеньевич
Рассматривается альтернативный метод диагностики ограничителей перенапряжений (ОПН) на основе оксида цинка – варистора в полевых условиях, параметром контроля которого принимается напряжение на разряднике. В качестве датчика измерения напряжения предложен конденсатор, присоединяемый последовательно к разряднику. Электрическое старение активных элементов – варисторов, ухудшение изоляции покрышки разрядника и другие виды электрического повреждения приведут к увеличению напряжения на конденсаторе, величина которого может быть измерено непосредственно или запасенная на конденсаторе энергия, преобразованная в электромагнитное излучение, зарегистрировано дистанционно соответствующими радиоволновыми приемниками. Последовательно присоединенный к ОПН конденсатор также служит элементом ограничения тока утечки в рабочем режиме в течение всего периода эксплуатации разрядника. Простейшим, вместе с тем надежным индикатором может служить стандартный стеклянный (керамический) изолятор тарельчатого типа, зашунтированный искровым промежутком, таким образом, представляющий собой слаботочный искровой разрядник с наперед заданным пороговым напряжением срабатывания. С использованием современных технологий может быть разработана система непрерывного отслеживания за состоянием разрядников и определения месторасположения повреждаемого разрядника, что особенно актуально при обслуживании отдаленных электрических сетей, оснащенных такого рода защитными от перенапряжений аппаратами.
Досвід впровадження в учбовий процес сучасних технологій FDM 3D друку
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Андрієнко, Петро Дмитрович; Василевський, Володимир Валентинович; Вітцівський, Іван Юрійович
Однією з найбільш поширених технологій адитивного виробництва є моделювання методом пошарового наплавлення Fused Deposition Modeling. В якості матеріалів для друку використовуються як стандартні матеріали, так і матеріали з покращеними характеристиками та композитні матеріали. Серед сфер застосування FDM друку основними є швидке прототипування а також дрібносерійне та серійне виробництво. Робота присвячена впровадженню технології FDM 3D друку в учбовий процес підготовки здобувачів освіти за спеціальністю 141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка". Здійснено дослідження особливостей технології адитивного виробництва деталей електротехнічних пристроїв методом FDM друку. Виконаний друк деталей чотирьох типорозмірів із використанням пластиків акрилонітрил-бутадієн-стирол ABS+ та полілактид PLA, а саме каркасів трансформаторів струму у кількості 110 штук та корпусів датчиків у кількості 100 штук. Для друку використовувався FDM 3D принтер з кінематичною схемою XZ Head Y Bed з відкритою робочою камерою. Наведений аналіз дефектів готових виробів, основними дефектами є відхилення реальних розмірів та геометричної форми готових виробів. Розглянуті шляхи запобігання виникненню цих дефектів, а саме корекція розмірів моделі на етапі підготовки моделі до друку, мінімізація щільності заповнення моделі, використання країв в моделях, встановлення оптимальної температури робочої платформи та одночасний друк декількох виробів. Результати дослідження особливостей технології виробництва деталей електротехнічних пристроїв шляхом FDM друку дозволили розробити комплекс лабораторних робіт, присвячених вивченню основ сучасних технологій адитивного виробництва для здобувачів освіти спеціальності 141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка".
Дослідження фізичних процесів ушкодження демпферної системи ротора синхронних машин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Васьковський, Юрій Миколайович; Гераскін, Олександр Анатолійович; Татарінов, Костянтин Михайлович
Методами математичного моделювання досліджені фізичні процеси в демпферній системі ротора при появі статичного ексцентриситета ротора для двох типів явнополюсних синхронних машин - капсульного гідрогенератора СГК 538/160–70М потужністю 22 МВт і синхронного генератора потужністю 500 кВт. Розроблено польову математичну модель, що враховує спільну дію трьох фізичних полів різної природи: електромагнітного, температурного та поля термомеханічних напружень, і дозволяє оцінити нагрів і тривимірний розподіл термоме-ханічних напружень в елементах конструкції демпферної системи ротора явнополюсної синхронної машини. Зазначені фізичні процеси викликають поступову руйнацію конструкції демпферної системи ротора. Доведено, що першопричиною процесів деградації і ушкодження демпферної системи ротора явнополюсної синхронної машини є нерівномірність розподілу індукованих струмів в стрижнях на полюсах ротора, яка виникає при роботі машини в асинхронному режимі або при появі статичного ексцентриситета ротора. Найбільші за величиною індуковані струми і нагрів виникають в стрижнях, що розташовані на краях полюсних наконечників, у той час коли центральні стрижні на полюсі нагріваються суттєво менше. Такий несиметричний нагрів демпферної системи ротора призводить до значних термомеханічних напружень в елементах демпферної системи ротора, які суттєво залежать від величини ексцентриситета і ковзання ротора в асинхронному режимі. На величину сумарних термомеханічних напружень в стрижнях впливають не тільки аксіально направлені сили, але й поперечні сили в торцевих короткозамикаючих елементах. При значних ковзаннях і ексцентриситеті виникають неприпустимо великі зламні зусилля, які розривають стрижні і торцеві короткозамикаючі елементи демпферної системи ротора. За результатами аналізу визначено нагрів і термомеханічні напруження елементів конструкції й надано рекомендації щодо її конструктивного удосконалення.
Модель динаміки розвитку деформації при механічних випробуваннях наповнених полімерних матеріалів в умовах кабельного виробництва
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Золотарьов, Володимир Володимирович; Голик, Оксана Вячеславівна; Москвітін, Євген Сергійович; Зиков, Микола Борисович; Шурупова, Аліна Альбертівна; Щебенюк, Леся Артемівна; Васильєва, Оксана Володимирівна
При впровадженні у виробництво високо наповнених безгалогенних пластмас, механічна міцність яких в експлуатації безпосередньо залежить від вмісту антипірену і технології накладання, актуальним стає контроль механічних характеристик оболонки кабелю у пожежобезпечному виконанні. Полімерні матеріали і їх композиції є в’язкопружними матеріалами, для яких механічні характеристики залежать від часу дії напруження. Представлено результати оцінки швидкості деформації видовження зразків від часу одноосного розтягування при різних швидкостях розведення затискачів в процесі процедури визначення механічних характеристик для безгалогенних кабельних пластмас при нормативних випробуваннях в умовах виробництва. Показано, що внутрішній і зовнішній шари оболонки кабелю з наповненої безгалогенної пластмаси мають суттєво різні значення нормативного параметру пластичності: свідчення відмінностей в структурі полімеру у внутрішніх і зовнішніх шарах оболонки в наслідок технологічного процесу примусового деформування при екструзії, яка є вимушеною (примусовою) орієнтацією полімерної структури. Наведені експериментальні залежності відносної деформації видовження δL(t) зразків від часу одноосного розтягування при різних швидкостях розведення затискачів, які ілюструють підтверджену великим масивом даних відтворюваність форми залежностей δL(t) для відмінних за структурою подібних наповнених безгалогенних полімерів. Запропоновано модель залежності швидкості деформування від часу розтягування як суми миттєво-пружної, в’язко-пружної і миттєво-пластичної (незворотної): dε/dt = λпр exp ( – t/λпр) + {∫ λ1 exp(–τ/λ1).exp[–(t–τ)/λ2]dτ]}/Δt. Наведені відповідні оцінки параметрів названих складових деформування зразків, одержані при апроксимації експериментальних даних запропонованою моделлю. Запропонована модель, по-перше, дає пояснення наявності характерного максимума (t = tm) відносної деформації як суперпозиції двох взаємозалежних процесів деформування з різним часом післядії λ. По-друге, дозволяє уточнювати вимоги до проведення випробувань: із збільшенням швидкості розведення затискачів час максимуму tm значно зменшується, відповідно чим більша швидкість розведення затискачів, тим меншим має бути відрізок часу Δt між послідовними вимірюваннями довжини контрольної ділянки зразка. Цей висновок експериментально підтверджено для конкретного матеріалу при швидкості 250 мм/хв.