Вісник Національного технічного університету «ХПІ».Серія: Електричні машини та електромеханічне перетворення енергії

Експериментальне дослідження фізичної моделі трифазного індуктора магнітного поля в робочому режимі при обробці сипучого матеріалу

Володимир Іванович Мілих, Лариса Василівна Шилкова

Представлена фізична модель трифазного індуктора магнітного поля з циліндричною робочою камерою для проведення його експериментального дослідження в робочому режимі. Надано кадр з відзнятого відео, який підтверджує, що феромагнітні елементи певної форми в робочому режимі орієнтуються за силовими лініями магнітного поля при його обертанні. Показано залежності електричних величин індуктора у усталеному робочому режимі залежно від об’ємного коефіцієнта заповнення камери феромагнітними елементами. Надано фотографії сипучого матеріалу до та після його обробки в індукторі. Запропоновано практичні рекомендації, які можуть бути враховані при проведенні подальших уточнюючих експериментальних досліджень.

Вплив форми імпульсу збудження на силові та швидкісні показники лінійних ударних електромеханічних перетворювачів індукційного та електродинамічного типів

Володимир Федорович Болюх, Ігор Сергійович Щукін

На основі математичної моделі, що враховує взаємозалежні електричні, магнітні, механічні та теплові процеси, досліджено вплив коливально-загасаючого, однонапівперіодного і аперіодичного імпульсів збудження на показники лінійних ударних електромеханічних перетворювачів (ЛУЕП) індукційного і електродинамічного типів в режимах неробочого ходу, навантаження і гальмування. Показано, що найбільш високі швидкісні показники виникають в режимі неробочого ходу, коли обмотка якоря розганяється без виконавчого елемента, а найбільш високі силові показники - в режимі гальмування, при якому якір нерухомий. Встановлено, що найбільшу швидкість (18,95 м/с) забезпечує ЛУЕП електродинамічного типу при збудженні однонапівперіодним і коливально-загасаючим імпульсами в режимі неробочого ходу. Найбільший ККД (29,2%) має ЛУЕП електродинамічного типу при збудженні однонапівперіодним імпульсом в режимі неробочого ходу. Найбільшу величину імпульсу електродинамічних зусиль (19,2 Н∙с) розвиває ЛУЕП індукційного типу в режимі гальмування. Найбільше перевищення температури обмотки індуктора (1,7 К) відбувається в ЛУЕП індукційного типу в режимі неробочого ходу, а найбільше перевищення температури обмотки якоря (0,7 К) – в ЛУЕП електродинамічного типу в режимі гальмування

Залежність показників трифазних трансформаторів і реакторів від заповнення сталлю кругових і восьмигранних контурів стрижнів планарних шихтованих магнітопроводів

Олександр Миколайович Циганов

Розглянуті конструктивно-технологічні особливості варіантів планарних електромагнітних систем трифазних трансформаторів і реакторів з круговими і восьмигранними утворюючими контурами обмоткових котушок та стрижнів шихтованих магнітопроводів. Восьмигранна конфігурація забезпечує більш суттєве або повне (в стиковому та комбінованому варіантах) заповнення електротехнічною сталлю утворюючих контурів стрижнів, а також підвищення електродинамічної стійкості обмоток. На основі метода інваріантних цільових функцій з безрозмірними оптимізаційними складовими і універсальними відносними керованими змінними розроблені математичні моделі масовартісних і енергетичного показників вказаних варіантів електромагнітних систем. Такі моделі надають можливість узагальненого структурнопараметричного синтезу та визначення характеристик індукційних статичних пристроїв. Отримані відносні числові значення показників технічного рівняння на основі яких показані можливості удосконалення трансформаторів і реакторів при заміні традиційних кругових утворюючих контурів на восьмигранні та при плоских внутрішніх поверхнях ярем.

Вплив скінченної швидкості проникнення поля в осердя на лінійність функції передачі імпульсних трансформаторів

Володимир Терентійович Чемерис, Ірина Олексіївна Бородій

Розглянуто проникнення поля в дрібно-шихтоване магнітне осердя імпульсного трансформатора або індуктора прискорювача електронних пучків. При числовому моделюванні цього процесу вважається, що спосіб збудження поля є типовим для таких трансформаторів, тобто здійснюється завдяки тому, що на первинну обмотку подаються прямокутні імпульси напруги, а струм намагнічування має форму трикутних імпульсів. Показано, що на початковій стадії збудження поля магнітний потік концентрується в зонах, розташованих поблизу границь поперечного перерізу осердя, що має наслідком порушення лінійності зростання магнітного потоку в часі. Для покращення лінійності функції передачі імпульсних трансформаторів запропоновано метод корекції форми імпульсів струму намагнічування.

Підвищення ефективності та надійності комбінованих суднових пропульсивних установок

Розглянуті шляхи підвищення ефективності використання енергії і зниження впливу на навколишнє середовище суднових дизельних пропульсивних установок на прикладі судна для транспортування контейнерів. Розроблений варіант модернізації пропульсивної установки, що забезпечує можливість збереження руху судна в особливих ситуаціях зі зменшеною потужністю за рахунок суднової електроенергетичної системи і валогенератора/двигуна. Проаналізовані переваги електроприводу гребного гвинта в складі синхронної машини і перетворювача частоти, що живляться від суднової електричної мережі, в порівнянні з головним дизельним двигуном, який працює з малою потужністю. Наведено оцінку ефективності використання електроприводу гребного гвинта за рахунок економії палива.

Модельно-орієнтована система підтримки приняття рішень для підвищення безаварійності суднової електроенергетичной установки

Пропонується модельно-орієнтована система підтримки прийняття рішень для підвищення безаварійності суднової електроенергетичної установки. Дана система складається з моделюючого блоку і блоку оцінки результатів моделювання. Розроблена система може бути реалізована в складі систем управління, як на базі програмованих логічних контролерів, так і на базі окремого програмованого логічного контролера. Наведено математичну модель суднової електроенергетичної установки. Розглянуті використовувані критерії оцінки результатів моделювання і можливі наслідки. Розроблено комп'ютерну програму для реалізації даної системи. Наведені результати моделювання різних аварійних ситуацій. Розглянуті можливості використання даної системи для навчання.

Ферорезонансні режими роботи синхронних машин

Ілюструються широкі можливості знаходження усіх стійких і нестійких ферорезонансних режимів роботи і визначення границь зони самозбудження синхронних генераторів на основі моделі чутливості змінних стану до початкових умов. Апробація методу проведено на прикладі синхронного генератора, диференціальні рівняння якого мають нормальну форму Коші і який працює у режимі двофазного вмикання на ємність при обриві третьої фази.

Вплив законів управління частотнорегульованими гребними електродвигунами на маневрені характеристики електроходів

Розглянуто електроходи з єдиною судовою електроенергетичною системою. Проаналізовано вплив законів управління частотно- регульованими гребними електродвигунами на маневрені характеристики електроходів. В якості критеріїв обрані показники, що характеризують маневрені характеристики електроходів, якість перехідних процесів в гребної електроенергетичної установки і параметри електроенергії суднової мережі. На прикладі реального електроходу розраховані маневрені режими, кількісно оцінені основні показники якості їх виконання і за результатами порівняльного аналізу зроблені висновки на користь поліноміального з оптимізованими коефіцієнтами закону управління

Оцінка енергетичної ефективності систем рекуперації енергії механічних коливань транспортних засобів

Юрій Миколайович Васьковский, Михайло Валерійович Пода

Робота відноситься до проблеми енергозбереження та розширення функціональних можливостей сучасних транспортних засобів. Останнім часом провідними автомобілебудівними фірмами розробляються системи рекуперації енергії механічних коливань транспортних засобів, які виникають під час їх руху в складних дорожніх умовах. В статті проводиться загальна оцінка енергетичної ефективності функціонування запропонованих систем рекуперації енергії, яка ґрунтується на результатах їх математичного моделювання. За результатами проведеного аналізу визначено рівень потужності привідного двигуна, яка марно втрачається при русі транспортного засобу в складних дорожніх умовах та знайдено відсоток енергії, яка може бути повернута в акумуляторну батарею за допомогою запропонованої системи рекуперації. Незважаючи на невеликий відсоток цієї енергії час зарядження акумуляторної батареї на борту транспортного засобу, а також простота і невелика вартість системи рекуперації є прийнятними для обґрунтування доцільності їх впровадження. Оптимальною сферою їх використання є важкі транспортні засоби.

Метод діагностування дефектів у розвитку в міжполюсних перемичках при експлуатації синхронних двигунів

Подано принципи виявлення пошкоджень синхронних двигунів в процесі експлуатації. З’ясовано доцільність виявлення дефектів у розвитку під час технічного обслуговування синхронних двигунів. Виявлено та обґрунтовано причини виходу з ладу синхронних двигунів прокатного стану. При належній експлуатації найслабшим місцем є міжполюсна перемичка, яка з’єднує котушки полюсів в обмотку збудження. Обґрунтовано вплив перехідного опору місця з’єднання міжполюсних перемичок на тепловий стан ротора в цілому. Розроблено метод тестрежиму для діагностування дефектів у розвитку в міжполюсних перемичках за допомогою тепловізійного контролю. Проведено апробацію запропонованого методу на синхронних двигунах прокатного цеху. Достовірність методу підтверджено вимірюванням перехідного опору у місці з’єднання та капілярним методом. Створено рекомендації щодо застосування методу тест-режиму при експлуатації синхронних двигунів в умовах безперервного виробництва.

Принципи структуроутворення просторово адаптивних електромеханічних систем зі змінною структурою і геометрією активної зони

Аналізується характерна тенденція у розвитку сучасної техніки, яка пов’язана зі створенням складних просторових систем, наділених можливістю адаптувати просторову геометрію виконавчого органу у відповідністю зі зміною факторів зовнішнього впливу. Визначено принципи генетичного структуроутворення просторово розподілених модульних електромеханічних систем з адаптивною геометрією активної зони. Визначено макрогенетичні програми генетично допустимих базових Видів електромеханічних структур зі змінною орієнтацією і геометрією активних частин. Показано домінуючу роль операторів реплікації, мутації і структурної ізомерії в задачах синтезу просторово адаптованих систем модульного типу. Вперше досліджено механізми міжродових мутацій, які визначають принципи структуроутворення об’єктів «еластичної електромеханіки», функціонування яких супроводжується зміною геометрії активної поверхні. Встановлено наявність стійкого детермінованого зв’язку електромагнітних хромосом генетичної програми і ізомерними композиціями зі схемою розміщення індукторних модулів і видом просторового руху технологічного виробу. Достовірність генетичних програм і результатів синтезу підтверджено на прикладі проектного синтезу конкурентоспроможної модульної електромеханічної системи з адаптивною просторовою структурою, у складі роботизованого технологічного маніпулятора, призначеного для оперування сталевими трубами і листовим прокатом. Результати досліджень становлять системну основу для постановки задач інноваційного синтезу нових структурних різновидів електромеханічних систем з просторово адаптивною модульною структурою активних частин.

Оцінка ефективності електромагнітних екранів для компенсації потоків пазового розсіювання в імпульсному електромашинному генераторі

Володимир Терентійович Чемерис, Ірина Олексіївна Бородій

Розглянуто чотири можливих конфігурації електромагнітних екранів для компенсації потоків пазового розсіювання в електромашинному імпульсному генераторі з компресією магнітного потоку. Підкреслюється доцільність зменшення індуктивності пазового розсіювання як засобу збільшення коефіцієнту підсилення магнітної енергії в процесі компресії потоку. Ефективність кожної з конфігурацій екранів оцінюється за величиною зменшення індуктивності пазового розсіювання. Для цього методом скінченних елементів з використанням професійної версії програми QuickField v.6.1 вирішується задача про розподіл імпульсного поля в зубцовій зоні генератора. Було створено також фізичну модель зубцової зони, в пазах якої активний провідник був розподілений на 9 паралельних секцій по висоті пазу. При живлення котушок від джерела змінного струму з частотою 400 Гц проведені вимірювання розподілу струму між секціями активного провідника як за відсутності електромагнітних екранів, так і при їх наявності. Показано, що екранування потоків пазового розсіювання суттєво поліпшує однорідність розподілу струму між секціями активного провідника.

Еталонна модель адаптивної системи керування лінійним двигуном

Микола Миколайович Заблодський, Станіслав Ігорович Ковальчук

Подано результати математичного моделювання лінійного двигуна на основі чисельних методів, що визначають електромеханічні характеристики двигуна. Знайдено закономірності виникнення гальмівних зусиль при збільшені швидкості руху та розроблено ефективну модель системи адаптивного керування для усунення параметрів невизначеності, пов’язаних з інерційним навантаженням, силою тертя та опором. Досягнуто високої точності та швидкості моделі адаптивного керування лінійним двигуном.

Електрична машина з двостороннім статором, осевим магнітним потоком, постійними магнітами та багатошаровими друкованими обмотками

Застосування друкованих обмоток в електричних машинах з постійними магнітами і осьовим магнітним потоком дозволяє зменшити їх осьовий розмір і суттєво збільшити щільність струму в обмотках через малу товщину і відповідно велику ширину провідників друкованих обмоток і як наслідок кращого їх охолодження. Виготовлено дослідний зразок електричної машини з двостороннім статором, багатошаровими друкованими обмотками і постійними магнітами циліндричної форми. Визначені залежності напруги і потужності в генераторному режимі при підключенні обмоток через діодний міст до навантаження. Розрахункова модель генератора адекватно описує фізичну модель. Розбіжність між розрахунковими і експериментальними значеннями не перевищує ε = 4%. Розрахунок характеристик досліджуваних генераторів виконувався в пакетах програм Simcenter MagNet і Simcenter MotorSolve.

Порівняльний аналіз електромагнітних параметрів та силових взаємодій в крупному турбогенераторі в режимі несиметричного навантаження

Володимир Іванович Мілих, Світлана Афанасіївна Ревуженко

На основі багатопозиційних чисельних розрахунків обертового магнітного поля в програмі FEMM виконано дослідження електромагнітних параметрів та силових процесів в турбогенераторі потужністю 325 МВт при несиметричному навантаженні в рамках його стандартних обмежень. Проводиться аналіз часових функцій магнітного потокозчеплення та відповідних ЕРС обмотки ротора та фазних обмоток статора, розглядаються силові процеси в феромагнітному осерді статора турбогенератора, а саме силові дії на зубці та на осердя в цілому, досліджуються пульсації електромагнітного моменту та часові функції його змінної складової. Для більш детальної ілюстрації результатів, аналогічні розрахунки проводяться і для симетричного навантаження турбогенератора.

Дослідження стартерного режиму вентильно-індукторного стартер-генератора

За допомогою раніше розробленої математичної моделі проведено дослідження процесів вентильно-індукторного стартер-генератора в стартерному режимі при живленні від акумуляторної батареї. Виконано розрахунки процесів пуску стартер-генератора при зміні моменту інерції, ємності конденсатора вентильного перетворювача, опору акумуляторної батареї та визначено їх вплив на тривалість та енергоефективність пускових процесів при відсутності обмеження фазного струму. Зроблено висновок про необхідність розробки нових принципів формування процесів стартерних режимів вентильно-індукторного стартер-генератора для забезпечення заданих тривалості пуску, фазних струмів та мінімальної спожитої енергії АБ.

Аналіз магнітного кола в генераторі з поперечним магнітним потоком в режимі неробочого ходу

Представлено еквівалентну схему заміщення магнітної системи генератора з поперечним магнітним потоком, який характеризується дисковою конструкцією ротора та збудженням від постійних магнітів, для режиму неробочого ходу. На прикладі ГПП-32-180 подано принцип її рішення з використанням робочої діаграми постійного магніту. Отримана залежність довжини постійного магніту від його намагнічувальної сили на обох радіусах ротора. Дане співвідношення дозволяє правильно вибрати розміри стандартизованих постійних магнітів для збудження генератора. Проведено розрахунок магнітного поля методом скінчених елементів на одному полюсному кроці для підтвердження доцільності методу.

Експериментальне порівняння методів ідентифікації моменту інерції якоря двигуна постійного струму

Віктор Петрович Шайда, Олена Юріївна Юр'єва

Знання величини моменту інерції якоря двигуна необхідно для ефективного управління електроприводом. Зазвичай цю величину споживач отримує з заводського каталогу або габаритного кресленика. Зазвичай використовують спрощені способи визначення момента інерції, які дають значну похибку. Тому застосовують експериментальні методи, що дають більш наближені до дійсності результати. Виконано експериментальну оцінку точності визначення (ідентифікації) моменту інерції якоря двигуна постійного струму типу 4ПНЖ200М методами спадного вантажу і вільного вибігу. Дослідження виконувалося на випробувальній станції підприємства виробника вказаного двигуна. Встановлено відмінність результатів експериментального розрахунку від каталожних даних двигуна постійного струму, що вказує на некоректність довідкової інформації. Отримані результати не дають остаточно визначити, який з методів найкраще, виходячи з критерію точності. Це спонукає до подальшого проведення досліджень проблеми ідентифікації параметрів двигуна постійного струму. Незважаючи на те, що експериментальні методи вільного вибігу і спадного вантажу широко відомі, тонкощі їх використання будуть цікаві як дослідникам так і виробникам двигунів постійного струму. Величина моменту інерції якоря двигуна постійного струму може також використовуватися для оцінки динамічності двигунів однакової потужності, але різних виробників.