Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/66397

Журнал публікує оригінальні результати досліджень в електроапаратобудуванні, електромашинобудуванні, енергетиці, техніки сильних електричних і магнітних полів,теоретичної електротехніки, електричних станцій та мереж, а також з фундаментальних аспектів сучасних технологій. Статті орієнтовані на можливе використання результатів розробок вчених у промислове виробництво.

Рік заснування: 2001. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 2079-3944

Новини

Вісник Національного технічного університету «ХПІ» Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика включено до категорії Б за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка «Переліку наукових фахових видань України, в яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуття наукових ступенів доктора і кандидата наук», затвердженого рішенням Атестаційної колегії МОН України. Наказ № 886 (додаток 4) від 02.07.2020 р.

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 19 з 19

Mathematical simulation of brushless double stator axial flux magnetoelectric generator for small power electric complexes
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Chumak, Vadim Vladimirovich; Kovalenko, Mykhaylo; Kovalenko, Iryna Yakivna; Tkachuk, Ihor; Tymoshchuk, Oksana
This paper presents the design of a magneto-electric generator with an axial magnetic flux (MEGAP) and a double stator, which is used for an autonomous wind-electric complex. Contactless MEGAPs have the advantages of permanent magnet generators: high reliability, efficiency; and generators with electro magnetic excitation: the possibility of adjusting the output parameters (voltage, power) using an additional excitation winding. In order to meet the require ments of a stand-alone multiplier-less wind power plant, a MEGAP structure consisting of a double stator and a single rotor has been investigated. The use of a double stator design allows more efficient use of the active volume of the generator, increasing its power and stabilizing the output voltage of the stator winding. A three-dimensional numerical field mathematical model of MEGAP was developed. The model fully takes into account the design features of the generator under study, namely the presence of an axial flow from the stator winding and the flow generated by the additional winding. With the help of the model, the external characteristics were calculated, which indicates the correspondence of the developed mathematical model to physical processes. The analysis of magnetic induction in the air gap and in other structural elements of the generator under study was carried out. The analysis of the obtained values showed that the geometric dimensions of the generator, which were previously selected, are correct and do not require significant adjustments. In the future, it allows you to use the results of this calculation for the preparation of documentation for the production of the prototype. Static characteristics of MEGAP and values of magnetic parameters in all structural elements were studied. An additional winding is used to stabilize the output voltage when the speed of rotation of the generator changes and at different loads. At a relative power of the additional winding of ≈7%, the output voltage of the generator increases by ≈24%. A more significant result can be achieved by adjusting the current of the additional winding with special controllers.
Releasers with electro-hydraulic retarders as an effective alternative for short circuit and overcurrent protection
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Kalinchyk, Vasyl Prokopovich; Pobigaylo, Vitaliy Anatolievich; Borychenko, Olena Volodimirivna; Kuzovkin, Sergii Borisovich
It is known that circuit breakers (CBs) installed in distribution cabinets (DCs), better known as "enclosed circuit breakers", depending on the execution, are designed for: protection against emergency states of grids: overvoltage and short circuit (s/c) or voltage drop below the permissible level (circuit breakers installed on the grid do not always provide protection against voltage reduction); protection of AC motors, as well as for combined installation with other electric devices (CBs can service by grid sections as well as separate motors if CBs are used to operate the wound-rotor motor or starting devices, they must include voltage drop protection); to be used as disconnectors for supply and trunk networks. Overcurrent protection is done by a bimetallic plate, while an electromagnetic releaser provides s/c protection. The main features inherent in this technical solution of overcurrent protection include: relative dependence on ambient temperature; inability to quickly switch on again after the CB is triggered; unstable time-current characteristics of the CB. National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" and "E.NEXT Ukraine" offers an alternative solution for the design of CB protection elements, which is an integrated overcurrent and short circuit protection at the same time in the form of a releaser with an electro – hydraulic retarder. A releaser with an electro-hydraulic retarder triggers the СB actuator, which breaks the contact group of the CB when the current exceeding the set maximum permissible value (s/c or overcurrent) is passing through electrical equipment. The main part of this releaser is an electromagnet, whose coil is connected in series with working contacts in the circuit of the operating current.
Дослідження передачі електроенергії сонячної електростанції в трифазну електричну мережу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Плахтій, Олександр Андрійович; Хоменко, Ігор Васильович; Шелест, Дмитро Андрійович; Синявський, Андрій Владиславович
Представлено розробку та дослідження енергетичних показників сонячної електростанції на базі блоку сонячних панелей типу Era-370W-24V Mono потужністю 110 кВт та сонячного гібридного інвертора на базі силових транзисторів CM1200DC-34S, який передає потужність до трифазної електричної мережі. Розроблено систему керування гібридного інвертора, який передає електричну енергію від сонячних панелей з коефіцієнтом потужності близьким до одинці та вмістом вищих гармонік струму менше 4 %. Для сонячних панелей Era-370W-24V-Mono проведено поліноміальну апроксимацію енергетичних характеристик, а саме залежності відібраної потужності від спожитого струму, яка дозволяє забезпечити покращення режиму відбору максимальної потужності від сонячних панелей. Проведено дослідження втрат потужності в гібридному інверторі сонячної електростанції, отримано залежність сумарних втрат потужності від частоти комутації силових транзисторів в режимі відбору максимальної потужності. Визначено, що ККД гібридного інвертора сонячної електростанції складає від 98,4 % при частоті ШІМ 1 кГц до 92,7 % при частоті ШІМ 6 кГц.
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 Валерійович
Колекторні 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.
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 Сергійович
З 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).
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 Юріївна
Переваги, 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.
Комплексна оцінка якості ламінованих осердь електричних машин високочастотним індукційно-вібраційним методом
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Чумак, Вадим Володимирович; Коваленко, Михайло Анатолійович; Тимощук, Оксана Леонідівна; Ігнатюк, Євген Станіславович; Коваленко, Ірина Яківна
В даній роботі розглянуто проблему оцінки якості активних частин електричних машин, зокрема шихтованих магнітопроводів. Визначено суттєві діагностичні показники фактичного стану набірного сердечника, а саме питомі втрати при перемагнічуванні та ослаблення пресування пакета, пов’язані з підвищенням втрат обумовлених дефектами міжлистової ізоляції, зниженням ККД, порушенням теплового режиму та ін. Запропоновано індукційно-вимірювальний модуль для визначення рівня порушення міжлистової ізоляції та зростання втрат у сердечнику. Рекомендується при розпушуванні для магнітопроводів невеликого розміру просочування клейким лаком ослабленої області та подальше сушіння при стиснутому сердечнику. Також для сердечників невеликого діаметру між натискною шайбою та крайніми листами сердечника через кожні 2...4 зубці забити текстолітові клини. При ослабленні пресування сердечників великих електричних машин, у яких пресування здійснюється стяжними шпильками, виконують підтяжку шпильок. Розроблено двовимірну польову математичну модель пакету шихтованого магнітного осердя з метою оцінки розподілу електромагніт ного поля та вихрових струмів та втрат при різній частоті від 50 Гц до 10 кГц. Запропоновано використати аналіз перехідного процесу при зміні магнітного потоку в магнітопроводі. Для спрощення вимірювальної схеми запропоновано використовувати процес комутації струму в обмотці збудження. За допомогою розробленої моделі проведено розрахунок перехідних режимів на прикладі досліджуваного магнітопроводу. Як об’єкт дослідження використовувався макет шихтованого магнітопроводу, що являє собою набірний пакет листів магнітної сталі, що застосовується в магнітопроводах сухих трансформаторів малої та середньої потужності. Для того, щоб поєднати два методи, була розроблена установка, яка дозволяє одночасно перевіряти якість пресування та якість міжлистової ізоляції.
Математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хай, Михайло Васильович; Харчишин, Богдан Михайлович
Для 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.
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 Валерійович
В 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.
Методика вимірювання часткових ємностей для об'єктів контролю із трьома електродами
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Костюков, Іван Олександрович; Кубрик, Борис Іванович
Стаття 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.
Мультифізичний розрахунок топких запобіжників вимірювальних трансформаторів середньої напруги
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Байда, Євген Іванович; Гречко, Олександр Михайлович
Вступ. 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.
Покращення однорідності магнітного поля всередині короткого соленоїда системою торцевих обмоток
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гетьман, Андрій Володимирович; Константінов, Олександр Вікторович
Покращення рівня однорідності магнітного поля в середині робочого об’єму короткого соленоїда дозволяє вдосконалити пристрої для розмагнічування технічних об’єктів та дослідження магнітних властивостей матеріалів. Одним із засобів підвищення рівня однорідності магнітного поля в середині соленоїда є наближення форми його обмотки до замкненої поверхні. У якості такої поверхні запропоновано використання системи з соленоїда та двох торцевих осесиметричних токових обмоток зі спільним джерелом струму. Побудовано математичну модель скалярного потенціалу магнітного поля такої системи за допомогою сферичного гармонічного аналізу і отримано функціональні залежності густини струму на кожній поверхні для його першої гармоніки, яка є дипольною складовою магнітного поля. Отримані формули для розрахунку кількості витків в торцевих обмотках та геометричних параметрів їх укладки та змодельоване сумарне магнітне поле усередині запропонованої системи. Проведено порівняльний аналіз однорідності магнітного поля, створюваного соленоїдом окремо та соленоїдом з торцевими обмотками, в залежності від геометрії системи. Використання торцевих обмоток суттєво покращує однорідність магнітного поля поблизу торців, особливо на вісі соленоїда. Через це ефективність застосування торцевих обмоток суттєво залежить від показника подовження соленоїда і дозволяє збільшити робочий об’єм на 5-20%, в залежності від цього показника. Запропонована система дозволяє отримати магнітне поле з максимальним відхиленням 5% від однорідності для показника подовження соленоїда 2. Зі збільшенням подовження ефективність торцевих обмоток знижується і для систем із подовженням 10 і більше їх використання стає недоцільним. Результати аналізу свідчать про ефективність використання запропонованої системи в пристроях для розмагнічування технічних виробів, що відрізняються невеликим показником подовження робочого соленоїда – насамперед пристроїв, які створюють однорідне магнітне поле зі спадаючою у часі амплітудою 240 А/м і використовуються зокрема для зняття м’якого залишкового намагнічування з елементів.
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 Володимирович
Низька 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.
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 Олексійович
У 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.
Розрахунки статичних та динамічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача середніх напруг в процесі вмикання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Байда, Євген Іванович; Пантелят, Михайло Гаррійович; Кузьмін, Артем Олексійович
Важливим напрямком теоретичних досліджень сучасних електричних апаратів, вимикачів та контакторів середніх напруг, є дослідження механічних процесів, які виникають в процесі їх роботи. В першу чергу це пов’язано з достатньо великими зусиллями та прискореннями, що діють на елементи конструкції та синхронізуючий вал таких апаратів в процесі вмикання. У статті на підставі розроблених математичних моделей виконано розрахунки механічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача в статичному та динамічному режимі для абсолютно жорсткого та реального валу та проведено їхній порівняльний аналіз. Результати комп’ютерного моделювання отримані у табличній та графічній формах в яких наведені дані о статичних та динамічних деформаціях валу, а також механічних зусиллях в його опорах. Показано, що механічна деформація валу викликає зменшення провалу контактів і сил контактного натискання, але при правильно обраному поперечному перетину синхронізуючого валу ці значення незначним чином впливають на роботу самого вимикача (зменшення складає близько 20% і 7% відповідно). Також показано, що в результаті вигину валу в опорах з'являються додаткові осьові зусилля у порівнянні зі спрощеним розрахунком, які істотно впливають на вибір підшипників по еквівалентному статичному навантаженню. Розраховані динамічні зусилля з урахуванням мас контактів та контактних тяг перевищують аналогічні статичні зусилля в 1,3 рази, що також потрібно враховувати при виборі підшипників в яких утримується синхронізуючий вал.
Технологічна витяжка – фактор впливу на механічні властивості захисних покривів з безгалогенних полімерів у кабельних виробах
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Антонець, Юрій Панасович; Шурупова, Аліна Альбертівна; Щебенюк, Леся Артемівна; Голик, Оксана Вячеславівна
Механічна міцність високо наповнених безгалогенних пластмас в експлуатації безпосередньо залежить від технології накладання при виготовленні кабельних виробів у пожежобезпечному виконанні. Представлено результати оцінки відносної деформації видовження при одноосному розтягуванні зразків наповнених безгалогенних пластмас, вилучених з оболонок готових кабелів при нормативних випробуваннях в умовах виробництва. Показано, що внутрішній і зовнішній шари оболонки 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. Наведені експериментальні залежності відносної деформації видовження при розриві (elongation at break) від товщини зразка, що свідчать про значний вплив вимушеної (примусової) орієнтації полімерної структури. Співставлення оцінок відносного розсіяння результатів вимірювань питомої маси γ і відносного видовження при розриві δ ставить питання про анізотропію пластичності готової оболонки кабелю. Одержані результати вказують на можливість руйнування оболонки з наповнених без галогенних пластмас по твірній циліндра захисного покриву в умовах експлуатації. Відповідно про необхідність впровадження додаткового контролю нормативних параметрів зразків, в напрямі нормальному до напряму примусової орієнтації, при прийнятті рішень щодо вдосконалення технології екструзії.
Удосконалення алгоритмів роботи мікропроцесорного реле контролю напруги однофазних побутових споживачів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Зорін, Євгеній Юрійович; Чепелюк, Олександр Олександрович
В 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.
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 Миколайович
В 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.
Чисельно-польовий аналіз магнітної провідності пазового розсіяння обмотки статора асинхронних двигунів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мілих, Володимир Іванович
Вступ. Досліджуються магнітні поля і відповідні магнітні провідності пазового розсіяння обмотки статора трифазних асинхронних двигунів (ТАД). Такі дослідження актуальні при їхньому проєктуванні і є однією з основ для розрахунку низки енергетичних параметрів та характеристик двигунів. При класичному проєктуванні ТАД, яке є чинним і наразі, зазначені магнітні провідності визначаються аналітично за спрощеною моделлю пазового розсіяння, тому можуть не завжди забезпечити достатню точність через низку припущень і умовностей. Мета. Подальший розвиток системи проєктування ТАД шляхом чисельно-польового розрахункового аналізу магнітної провідності пазового розсіяння їхньої обмотки статора, а також порівняльна перевірка відповідних аналітичних формул з різних методик класичного проєктування. Результати. Пазове розсіяння ТАД визначається чисельними розрахунками за програмою FEMM у межах зубцевих кроків статора. Для досліджень прийняти чотири варіанти форм пазів статора, які є поширеними в сучасних ТАД малої та середньої потужності. При розрахунках розглядаються розрахункові моделі як з сильно насиченими, так і ненасиченими в магнітному відношенні зубцями осердя статора. Чисельнопольовим методом показано, що класична методика проєктування може давати як достатньо точні результати, так і неприпустимі похибки у визначенні магнітних провідностей пазового розсіяння ТАД. Обговорення та перспективи подальшого розвитку. Надана методика чисельно-польового аналізу і отримані результати розрахунку пазового розсіяння обмоток ТАД рекомендуються як основа для удосконалення системи їхнього проєктування.