Порівняльний аналіз параметрів тролейних шинопроводів різної геометричної форми за умови наявності вищих гармонік струму

Abstract

Сучасні системи цехового електропостачання можуть мати значну довжину. Тому їх параметри та електричні характеристики істотно впливають на якість електроенергії, режими роботи електроприймачів та енергоефективність технологічних процесів. Наявні в інженерній практиці методики розрахунку параметрів та характеристик шинопроводів ґрунтуються на методах схемного моделювання. Параметри схем за звичай визначаються основі узагальнених рівнянь. Ці рівняння отримані внаслідок низки припущень, що обмежує область їх використання. Альтернативою методикам, заснованим на емпіричних залежностях, може бути застосування методів розрахунку електричних параметрів і характеристик на основі польового моделювання. Таким чином у роботі запропонована математична двовимірна польова модель електромагнітних процесів у частотній постановці задачі, яка дозволяє з високою точністю та ефективністю чисельної реалізації проводити декомпозицію електромагнітних процесів в активних елементах тролейного шинопровода і для кожної відповідної амплітуди і частоти k-ї гармоніки струму визначати електромагнітні параметри тролейного шинопровода з урахуванням їх конструктивних особливостей, нелінійності магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, скін-ефекту, ефекту близькості, поверхневих та зовнішніх поверхневих ефектів. Виконано загальний аналіз активного та індуктивного опорів фазних тролей шинопровода залежно від їх форми, матеріалу та спектру гармонік струму. Наведено рівень несиметрії параметрів шинопроводів, що викликано ефектами близькості, поверхневими ефектами, скін-ефектами та іншими крайовими ефектами. Встановлено, що при наявності вищих гармонік струму, параметри (активний і реактивний опори) тролеїв шинопровода не залежать від амплітуди k-х гармонік струму, а залежать лише від їх частоти. Рівень несиметрії падіння напруги для всіх форм фазних тролеїв шинопровода викликано несиметрією їх параметрів. Серед досліджених L-, W-, I-, U- та X-подібних форм тролеїв шинопровода встановлено, що найбільш оптимальною формою сталевих і мідних тролеїв шинопровода є куткова форма тролеїв (L-подібна форма), при якій забезпечується найменше прирощення активного та реактивного опорів тролеїв шинопровода, викликаного дією вищих гармонік струму, а також найменший рівень їх несиметрії між фазами тролеїв шинопровода.

Modern workshop power supply systems can have a significant length. Therefore, their parameters and electrical characteristics have a significant impact on power quality, operation modes of electrical consumers and energy efficiency of technological processes. Available in engineering practice methods of calculation of parameters and characteristics of bus ducts are based on methods of ircuit modeling. Circuit parameters are usually determined on the basis of generalized equations. These equations are derived from a number of assumptions, which limits the scope of their use. Alternative methods, based on empirical dependencies, can be used to calculate the electrical parameters and characteristics based on field modeling. Thus, the paper proposes a mathematical two-dimensional field model of electromagnetic processes in the frequency statement of the problem, allowing with high accuracy and efficiency of numerical implementation to decompose electromagnetic processes in the active elements of the trolley bus duct and for each relevant amplitude and frequency of the k-th harmonic current to determine the electromagnetic parameters. busduct with regard to their design features, nonlinearity of magnetic and electrical properties of materials, the skin effect, the blitz effect. A general analysis of active and inductive resistances of busduct phase trolleys depending on their shape, material and current harmonic spectrum is performed. The level of asymmetry of busbar parameters caused by proximity effects, surface effects, skin effects and other edge effects is given. It is found that in the presence of higher current harmonics, the parameters (active and reactive supports) of busbar trolley do not depend on the amplitude of k current harmonics, but depend only on their frequency. The level of voltage drop asymmetry for all form s of phase trolley busducts is caused by the asymmetry of their parameters. Among investigated L, W-, I-, U, X-forms of bus duct trolleys it was found that the most optimal form of steel and copper bus duct trolleys is the angular form of trolleys (L-form), which provides the least increment of active and reactive resistance оf bus duct trolley, current harmonics, as well as the minimum level of their asymmetry between phases of bus duct trolleys.