2023 № 1 Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/66398
Переглянути
Документ Програмні засоби для комп'ютерного моделювання мультифізичих процесів у електромагнітах і актуаторах вакуумних комутаційних апаратів з урахуванням контактної взаємодїї конструктивних елементів. Частина 2: особливості комерційних програмних продуктів і програм з відкритим доступом(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Пантелят, Михайло Гаррійович; Кузьмін, Артем ОлексійовичУ першій частині роботи було наведено загальний огляд і класифікацію програмних засобів для чисельного розв'язання мультифізичних задач комп'ютерного моделювання зв'язаних електромагнітних, теплових і механічних процесів у сучасних складних технічних об'єктах, у тому числі в актуаторах і електромагнітах вакуумних комутаційних апаратів з урахуванням контактних явищ при зміні їх напружено-деформівного стану. Також були запропоновані критерії вибору відповідного програмного забезпечення і проаналізовано особливості in-house розробок для проведення математичного моделювання технічних об'єктів і процесів, що розглядаються. Дана стаття є другою частиною роботи і присвячена детальному розгляду присутніх на ринку та доступних комерційних програмних продуктів, а також програм з відкритим доступом для можливого застосування при виконанні відповідних розрахункових досліджень, а саме чисельного аналізу мультифізичних процесів у електромагнітах і актуаторах вакуумних комутаційних апаратів з урахуванням контактних явищ методом скінченних елементів. На цій основі, з урахуванням висновків стосовно in-house розробок, зроблених у першій у частині роботи, робиться вибір конкретних програмних продуктів для застосування при виконанні відповідних розрахункових досліджень.Документ Методика вимірювання часткових ємностей для об'єктів контролю із трьома електродами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Костюков, Іван Олександрович; Кубрик, Борис ІвановичСтаття присвячена розробці методу вимірювання часткових ємностей між електропровідними елементами конструкції ємнісних об'єктів контролю із трьома електродами. Розроблений метод передбачає застосування резистивно-ємнісного заземлення досліджуваного шару ізоляції із наступним поступовим регулюванням величини допоміжного резистору, через який заземлено досліджуваний шар ізоляції, до значення, за якого фазовий зсув між напругою на досліджуваному шарі ізоляції та допоміжній ємності буде дорівнювати 0º. Результати проведених розрахунків показали, що в такому випадку напруга між електродами залежить лише від ємнісних елементів схеми, та не залежить від зумовлених діелектричними втратами електричних опорів. Після вимірювання напруг на елементах схеми заміщення із наступним аналогічним повторним регулюванням величини допоміжного резистору, за іншого значення ємності допоміжного конденсатору, вдається сформувати систему рівнянь, вирішення якої дозволяє визначити невідомі значення часткових ємностей шарів ізоляції. Розроблений метод може використовуватись для визначення кожної часткової ємності об'єкта контролю з трьома електродами та не вимагає застосування вимірювачів імітансу з 3 клемами та використання заснованих на застосуванні сукупних вимірювань методик обстеження.Документ Електромагнітна сумісність технічних об'єктів і систем: огляд системи та органів стандартизації Європейського Союзу та Федеративної Республіки Німеччина(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Пантелят, Михайло Гаррійович; Мясоєдов, Павло СергійовичЗ червня 2022 р. Україна має статус країни кандидата на вступ до Європейського Союзу (ЄС). На шляху до вступу до ЄС Україні необхідно провести низку реформ і повністю адаптувати національне законодавство відповідно до європейських критеріїв. Це стосується і нормативної бази стосовно електромагнітної сумісності. У зв'язку з цим, у роботи розглянуто особливості, структуру та основні функції сучасної загальної системи й органів стандартизації з питань електромагнітної сумісності технічних об'єктів і систем, що діють у Європейському Союзі як на міжнародному (загальноєвропейському), так і на національному рівні. Стосовно конкретної країни-члена ЄС, у статті розгляд виконується на прикладі Федеративної Республіки Німеччини (ФРН).Документ Математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хай, Михайло Васильович; Харчишин, Богдан МихайловичДля оптимізації параметрів обмотки збудження явнополюсної синхронної машини з метою досягнення заданих техніко-економічних показників розв'язана оптимізаційна задача з обмеженнями, яка належить до класу задач нелінійного програмування. Для цього створена математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини, алгоритм та комп'ютерну програму. Математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини дозволяє за відомими розмірами спроектувати однорядну обмотку збудження за таких обмежень: мінімальна віддаль між котушками сусідніх полюсів повинна бути не меншою від допустимого значення, перевищення температури котушки над температурою довкілля повинно бути не більшим від максимально допустимого для вибраного класу ізоляції значення, за умовами технологічності виготовлення однорядних котушок площа поперечного перерізу провідника не повинна бути більшою від допустимого значення, а відношення ширини провідника до його висоти повинно перебувати у певних межах, розміри провідника повинні відповідати стандартним значенням. Критерієм оптимізації (цільовою функцією) є витрата або вартість міді котушки, витрата або вартість сталі осердя полюса, втрати потужності в котушці, сумарна вартість міді і сталі полюса, сумарні витрати при виготовленні машини та її експлуатації. Вибір критерію оптимізації залежить від призначення машини та поставлених до неї вимог. У розгляненій задачі кожен із цих критеріїв є функцією однієї змінної – висоти котушки збудження.Документ Удосконалення алгоритмів роботи мікропроцесорного реле контролю напруги однофазних побутових споживачів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Зорін, Євгеній Юрійович; Чепелюк, Олександр ОлександровичВ статті приділено увагу алгоритмам роботи однофазних реле контролю напруги, які використовуються для захисту побутових споживачів електричної енергії від недопустимих відхилень напруги в електромережі. Проведено огляд, аналіз та опис алгоритмів роботи, вимірювання напруги та порогів спрацьовування існуючих реле контролю напруги на базі мікропроцесорів та мікроконтролерів. Проведений огляд та аналіз систематизує інформацію щодо технічних та функціональних особливостей конструкції, алгоритмів роботи, схем та компонентів зазначених реле та демонструє перспективи розвитку алгоритмів роботи та захисних характеристик реле напруги відповідно до існуючих міжнародних стандартів. Авторами детально викладено та проілюстровано захисні характеристики та нормативи якості електроенергії стосовно недопустимих відхилень напруги. Також описано алгоритми вимірювання напруги та цифрової обробки сигналу (фільтрації сигналу) у модифікованому реле напруги. Представлено новий підхід у розробці алгоритмів роботи з урахуванням позитивних сторін існуючих реле контролю напруги та нових синтезованих алгоритмів, включаючи концепцію вимірювання напруги прийняття рішень для нових однофазних реле контролю напруги побутових споживачів. Зроблено узагальнення та висновок щодо удосконаленого алгоритму роботи реле контролю напруги побутових споживачів.Документ Мультифізичний розрахунок топких запобіжників вимірювальних трансформаторів середньої напруги(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Байда, Євген Іванович; Гречко, Олександр МихайловичВступ. В електричній мережі середньої напруги 6-35 кВ існує проблема захисту вимірювальних трансформаторів напруги. Це пов’язано з недостатньо ефективним рівнем їх захисту за допомогою топких запобіжників. Останнім часом все частіше з'являються повідомлення щодо аварій, пов'язаних із виходом з ладу вимірювальних трансформаторів напруги не тільки в Україні, а і за кордоном. Актуальним є питання проведення аналітичного дослідження проблеми захисту топкими запобіжниками вимірювальних трансформаторів середньої напруги. Мета. Дослідження конструкцій та характеристик топких запобіжників для вимірювальних трансформаторів середньої напруги для підвищення ефективності їх захисту. Результати. В статті показано, що захист вимірювальних трансформаторів середньої напруги з епоксидною ізоляцією часто забезпечується топкими запобіжниками, у яких номінативним струм топкої вставки є значно більшим за граничнодопустимий тривалий струм первинної обмотки вимірювального трансформатору. Проведено порівняльний аналіз значень струму первинної обмотки вимірювальних трансформаторів середньої напруги зі значеннями номінативних струмів топких вставок запобіжників різних виробників, що представлені на ринку України. Досліджено конструктивні особливості та технічні характеристики топких запобіжників для вимірювальних трансформаторів середньої напруги з метою підвищення ефективності їх захисту. Досліджено переваги та недоліки конструкцій топких запобіжників різних виробників, та встановлено, що потребує подальшого вдосконалення конструкція топких запобіжників з метою підвищення ефективності захисту вимірювальних трансформаторів середньої напруги. Обговорення та перспективи подальшого розвитку. Оскільки в Україні потреби у топких запобіжниках для захисту вимірювальних трансформаторів середньої напруги забезпечуються переважно поставками за кордону, то перспективним напрямком подальшого розвитку у цьому напрямі є створення вітчизняної конкурентоспроможної конструкції топкого запобіжника та впровадження його у виробництво.Документ Математичне моделювання гібридного магнітного редуктора для автономної вітроустановки малої потужності(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Чумак, Вадим Володимирович; Коваленко, Михайло Анатолійович; Коваленко, Ірина Яківна; Ткачук, Ігор ВалерійовичВ традиційних вітрових турбінах для передачі крутного моменту використовується механічний редуктор. Цей пристрій перетворює малу швидкість обертання лопатей вітрової турбіни у високу швидкість обертання валу генератора. Механічні коробки передач відрізняються низькою надійністю. Вони складаються з обертових шестерень, весь крутний момент між якими передається через контакт зубів в одній точці, що супроводжується тертям. Магнітні мультиплікатори ефективніші за зубчасті редуктори. Вони не містять деталей, що зношуються, і мають відносно високу щільність крутного моменту. Модулятор перетворює магнітне поле між внутрішнім і зовнішнім ротором, за рахунок чого змінюється швидкість обертання. Цей пристрій має ряд переваг перед механічною коробкою передач - взаємодія між обертовими елементами (передача крутного моменту) відбувається по всій їх площі, при цьому шестерні механічних коробок передач сприймають все передане зусилля в одній точці контакту між собою. Актуальним напрямком є дослідження автономних вітроустановок, побудованих на основі магнітних редукторів. Це дозволить знизити експлуатаційні витрати, підвищити ефективність перетворення енергії вітру в електричну та підвищити надійність роботи вітроустановки в цілому. Метою роботи є розробка двовимірної польової математичної моделі гібридного магнітного редуктора для оцінки його параметрів та характеристик і проведення оптимізації його геометричних розмірів. Генератор з вбудованим магнітним мультиплікатором є об'єктом даного дослідження. Магнітний мультиплікатор під час роботи створює обертове магнітне поле, яке можна використовувати для індукції ЕРС в обмотці генератора. Такий генератор компактніший за редукторний привід, тому такий варіант обрано в якості прототипу в даному дослідженні. Розроблено геометричні моделі гібридного генератора з магнітним редуктором та розроблено числові польові математичні моделі для аналізу його параметрів і характеристик. Проведено аналіз електромагнітного поля та характеристик базового генератора в програмному комплексі COMSOL Multiphysics, на основі якого проведено оптимізацію його геометричних розмірів для оптимізації масогабаритних показників.Документ Узагальнена модель адаптивного прогнозування режимів електроспоживання виробничих об'єктів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Калінчик, Василь Прокопович; Мейта, Олександр Вячеславович; Побігайло, Віталій Анатолійович; Калінчик, Віталій Васильович; Бориченко, Олена Володимирівна; Копчиков, Олександр МиколайовичВ статті досліджуються методи прогнозування електричного навантаження виробничих об'єктів. Показано, що найкращою є орієнтація на методи управління електроспоживанням, які засновані на дослідженні прогнозних оцінок, що становлять вихідну інформацію для прийняття рішень з управління. Показано, що основними вимогами, що пред'являються до прогнозних моделей, є досить висока точність прогнозування і простота алгоритмів. Показано, що в автоматизованих системах управління електроспоживання, внаслідок малої вивченості природи прогнозованого процесу, недостатньої достовірності вихідної інформації, найбільш доцільним є адаптивний підхід до конструювання моделей прогнозування. Адаптивні методи прогнозування і, в першу чергу, метод експоненціального згладжування слід поставити на перше місце з точки зору простоти реалізації і часу розрахунків. В роботі отримана узагальнена модель оперативного прогнозування електроспоживання, яка легко трансформується в модель експоненціального згладжування і може бути розширена для використання інших (крім поліноміальних) функцій. Показано, що стосовно до процесів з детермінованими поліноміальними основами узагальнена модель оперативного прогнозування дає той же результат, що і експоненціальне згладжування.Документ Експериментальне дослідження універсального високошвидкісного колекторного двигуна змінного струму(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Чумак, Вадим Володимирович; Коваленко, Михайло Анатолійович; Коваленко, Ірина Яківна; Ткачук, Ігор ВалерійовичКолекторні двигуни змінного струму потужністю від десятка до сотень ват мають широке застосування в електроприводах гнучких виробничих систем, промислових роботів, систем автоматики і транспортних засобів. Найбільш поширеним є використання універсальних колекторних електродвигунів змінного струму. Універсальними їх називають тому, що вони можуть працювати як від мережі змінного, так і постійного струму. Вони мають можливість плавно змінювати швидкість обертання приводу – його валу, який приводить у рух виконавчий механізм. Актуальним напрямком є проведення експериментальних досліджень універсальних колекторних двигунів змінного струму, які використовуються в якості приводу ручного електроінструменту. Це проводиться за рахунок використання спеціально розробленого експериментального стенду, який враховує особливості роботи таких електродвигунів. Метою роботи є експериментальне дослідження універсального колекторного двигуна змінного струму для оцінки його параметрів та характеристик. Для оцінки параметрів та характеристик такого двигуна приводу ручного електроінструменту розроблено експериментальний стенд, який враховує високу швидкість обертання вихідного валу приладу та дозволяє плавно змінювати навантаження для отримання робочих характеристик. В якості об'єкта дослідження використовується ручний електроінструмент всесвітньо відомого виробника Makita, модель GA5030. Конструктивно привідний двигун є колекторною машиною змінної напруги з послідовним збудженням. Регулювання швидкості обертання таких двигунів здійснюється за рахунок зміни напруги живлення, що подається на двигун. Розроблено структуру експериментального стенду по дослідженню високошвидкісних універсальних колекторних машин, проведено підбір всіх комплектуючих та праведно монтаж стенду, згідно з розробленою принциповою електричною та монтажною схемою. За допомогою розробленого стенду знято робочі характеристики досліджуваного двигуна Р1, Іа, η, cosϕ, n, М= f(Р2). Досліджуваний двигун відповідає заявленим характеристикам. Величина номінального ККД знаходиться в межах 36% при досить великому значенні коефіцієнта потужності cosϕ≈0,98.Документ Порівняння методів моніторингу ожеледі високовольтних ліній електропередачі та огляд вимірювальної апаратури, що використовується для діагностики таких ліній(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Крюкова, Наталія Валеріївна; Марков, Владислав Сергійович; Гончаров, Євген Вікторович; Поляков, Ігор ВолодимировичНизька конструкційна надійність повітряних ліній, обумовлена безперервним кліматичним впливом, стає причиною аварій електричних мереж та ненадійного електропостачання. Забезпечення безаварійної експлуатації повітряних ліній є складним завданням, вирішення якого має найважливіше значення для нормального функціонування всієї інфраструктури. В осінньо-зимовий період складні метеорологічні умови практично повністю виключають швидке завершення ремонтних робіт. Досить велика частка аварій виникає при формуванні намерзлої криги на проводах та грозозахисних тросах. На сьогодні основним способом діагностики намерзлої криги залишаються візуальні огляди високовольтних ліній електропередачі. Необхідно на практиці застосовувати оснащення повітряних ліній пристроями телеметрії крижаних навантажень, що дозволить в режимі реального часу контролювати формування криги на проводах. У сучасних пристроях для моніторингу ожеледі використовуються наступні методи діагностики: тензометричний, волоконно-оптичний, аеродинамічний, локаційний та інструментально-параметричний. Тензометричний метод діагностики реалізується за допомогою прямого виміру крижаного навантаження на провід з подальшим порівнянням виміряних величин з наперед заданими значеннями порогових навантажень. Для реалізації цього методу діагностики застосовують магнето-пружні сило-вимірювальні датчики. Такий датчик під'єднаний між траверсою П-подібної опори і верхнім кінцем відповідної гірлянди ізоляторів з фазним проводом. Окремо проводять вимірювання крижаного, вітрового та крижано-вітрового навантажень. Цей метод має обмежену сферу застосування, а саме для діагностики утворення ожеледі на фазних проводах проміжних прольотів одно-ланцюгових ліній з двостійковими П-подібними опорами. В системах контролю об'єктів у важких умовах експлуатації, на атомних електростанціях реалізується волоконно-оптичний метод тензометричних вимірювань. Датчик механічного зусилля (волоконно-оптичний датчик деформації) реалізує волоконно-оптичний метод тензометричних вимірювань. Волоконно-оптичні датчики деформації відрізняються високою точністю через стійкість до перешкод та складністю виконання.Публікація Застосування гібридного збудження в двигуні постійного струму для привода транспортних валків у металургійній промисловості(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шайда, Віктор Петрович; Юр'єва, Олена ЮріївнаПереваги, що надає застосування гібридного збудження, замість традиційного електромагнітного, спонукало авторів на оцінку можливості його застосування для двигунів постійного струму середньої потужності. Дослідження виконувалося з використанням математичного моделювання магнітного поля двигуна постійного струму типу Д812М, призначеного для привода транспортних валків. Умовою дослідження було збереження незмінними габаритів двигуна, його обмоток збудження та додаткових полюсів. Для розрахунків магнітного поля використовувалася програма FEMM, що базується на методі скінченних елементів. Проаналізовано вплив місця розташування постійного магніту на осерді головного полюса на величину магнітного потоку збудження, що ним наводиться. Встановлено, що застосування гібридного збудження дозволяє підвищити магнітний потік збудження на 11 %. При цьому зменшується струмове навантаження обмотки збудження та зменшуються електричні втрати на збудження. Найкращим варіантом розташування постійного магніту, за критерієм максимуму магнітного потоку збудження, є його розташування на полюсному наконечнику осердя головного полюса уздовж повітряного проміжку. Отримані результати дозволять проєктувальникам двигунів постійного струму з гібридним збудженням уникнути хибних рішень при подальшому дослідженні та розробці вказаних двигунів.