Випуск 1/2013 (21)

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.65:004.183
С. 8-21
Мова Рос.
Бібл. 17 назв.

ОЦІНКА ПРОЦЕСІВ ЕНЕРГОПЕРЕТВОРЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ СКЛАДОВИХ МИТТЄВОЇ ПОТУЖНОСТІ

М. В. Загірняк, Д. Й. Родькін, Т. В. Коренькова
Уточнено підхід до декомпозиції миттєвої потужності полігармонічних сигналів на базі аналізу процесів частотного перетворення ортогональних складових напруги й струму. Показано, що порядок гармонік потужності визначається сумою й різницею частот гармонічних складових вихідних сигналів. Відзначено значення процесів енергоперетворення першого й другого роду при формуванні складових миттєвої потужності несинусоїдальних сигналів. Запропоновано математичний апарат і діаграми формування канонічних, неканонічних і псевдоканонічних компонент миттєвої потужності при різному гармонічному складі напруги й струму. Доведено ефект посилення знакозмінної складової потужності через збіг частот канонічних і псевдоканонічних компонент. Запропоновано показники енергопроцесів на базі ефективних значень миттєвої потужності й її компонент. Показано, що на енергетичний режим впливають не лише амплітудні значення гармонік напруги або струму, але й комбінація частот, що формують спектр гармонічних складових вихідних сигналів.
Ключові слова: процеси енергоперетворення, енергетичний режим, миттєва потужність, полігармонічний сигнал, ефективна потужність, показники енергопроцесів.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 255:29.1, 621.3.016.2+621.317.38
С. 22-31
Мова Англ.
Бібл. 23 назв.

АНАЛІЗ СИГНАЛІВ МИТТЄВОЇ ПОТУЖНОСТІ ТА ЇЇ СКЛАДОВИХ  У НЕСИНУСОЇДАЛЬНИХ ЛАНЦЮГАХ ПРИ ВИРІШЕННІ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ЗАВДАНЬ

В. М. Сидоренко, О. П. Чорний
Розглянуто єдиний підхід щодо аналізу й синтезу сигналів миттєвої потужності й напруги для несинусоїдальних кіл, що дозволяє, на відміну від раніше відомих, поряд із кількісною оцінкою виконати якісний аналіз механізму формування їх спектрів. Розглянуто задачу перетворення спектру несинусоїдального періодичного сигналу в разі зсуву системи координат. Підходи актуальні при розв’язуванні рівнянь енергетичного балансу в задачах ідентифікації параметрів електричних машин з урахуванням їх нелінійного характеру й при синтезі сигналів напруги для заданого гармонічного складу миттєвої потужності в задачах управління якістю перетворення електричної енергії. Отримані математичні співвідношення представлено в загально прийнятих термінах теорії сигналів і матричної алгебри. На практиці це дозволить здійснити синтез швидкодіючих обчислювальних процедур і є важливим при проектуванні систем управління якістю перетворення енергії в реальному часі.
Ключові слова: миттєва потужність, гармонічний аналіз, згортка, зворотна згортка.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.3.011
С. 32-39
Мова Рос.
Бібл. 14 назв.

АНАЛІЗ НЕЛІНІЙНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ ОРТОГОНАЛЬНИХ СКЛАДОВИХ МИТТЄВОЇ ПРОВІДНОСТІ ТА ОПОРУ

М. С. Малякова, А. П. Калинов
Запропоновано метод аналіза нелінійних електричних кіл із використанням ортогональних складових миттєвої провідності та опору. Показано механізм формування ортогональних складових миттєвої провідності нелінійного електричного кола. Наведено й проаналізовано аналітичні вирази для складових миттєвої провідності та опору. Проведено аналіз рівнянь балансу складових миттєвої проводності та опору, на базі яких було визначено гармонійні складові струму нелінійного електричного кола, що складається з послідовно підключених активного лінійного та нелінійного опору. Доведено точність та адекватність розробленого методу шляхом порівняльного аналізу гармонійних складових струму, розрахованих із використанням запропонованого метода та отриманих унаслідок чисельного розрахунку математичної моделі досліджуваного кола. До головних переваг запропонованого методу можна віднести універсальність у використанні, а також те, що він дає мождивість оцінити вплив параметрів кола на композицію спектра струму.
Ключові слова: миттєва провідність, миттєвий опір, миттєва потужність, електричне коло, нелінійність.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.3.078
С. 40-47
Мова Рос.
Бібл. 4 назв.

КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИМИ СИСТЕМАМИ НА ОСНОВІ МІНІМІЗАЦІЇ ЛОКАЛЬНИХ ФУКНЦІОНАЛІВ МИТТЄВИХ ЗНАЧЕНЬ ЕНЕРГІЙ

М. Я. Островерхов, М. П. Бурик
Надано метод керування електромеханічними системами, що забезпечує слабку чутливість до зміни параметрів об’єкту керування та його динамічну декомпозицію. Пошук керуючої дії здійснюється при мінімізації локальних функціоналів, що є функціями Ляпунова для замкнутих систем і якими виступають миттєві значення енергій та їх похідні. Закони керування надають замкнутій системі властивості стійкості в цілому, що дозволяє вирішувати задачі керування взаємозв’язаними, нелінійними об’єктами як для лінійних одновимірних систем за математичними моделями локальних контурів. Характерною особливістю оптимізації є досягнення не абсолютного мінімуму функціоналу, як у традиційних системах, а деякого мінімального значення, яке забезпечує допустиму за технічними вимогами динамічну похибку системи. Для побудови структури регуляторів не потрібна детальна математична модель об’єкту керування. Закон керування визначається на основі диференціального рівняння, за допомогою якого задається бажана якість керування координатою електромеханічної системи. Отримані регулятори мають нетрадиційну структуру й не містять параметрів об’єкту керування, що характерно для традиційних регуляторів. Результати експериментальних досліджень підтвердили ефективність запропонованих законів керування та показали їх переваги порівняно з традиційним законами.
Ключові слова: електромеханічна система, закони керування, дослідження.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 62.83.523:621.3.011.001.3
С. 48-57
Мова Англ.
Бібл. 24 назв.

ЩОДО ІДЕНТИФІКАЦІЇ НЕЛІНІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ

Д. А. Мосюндз
Розглянуто існуючі методи оцінювання та ідентифікації параметрів електромеханічних систем. Показано, що основним недоліком відомих методів є неможливість отримання достатньої кількості ідентифікаційних рівнянь для визначення електромагнітних параметрів систем з урахуванням нелінійностей. Запропоновано математичний апарат для визначення параметрів нелінійних електромеханічних систем на основі енергетичного балансу миттєвої потужності кожної гармоніки. Розглянуто можливості застосування енергетичного методу на прикладі ідентифікації параметрів нелінійної індуктивності. Показано, що такий підхід на основі балансу потужностей елементів джерела і споживача на кожній гармоніці окремо дозволяє отримати необхідну кількість рівнянь для визначення будь-яких параметрів електромеханічних систем.
Ключові слова: енергетичний метод, нелінійності, апарат миттєвої потужності, ідентифікація параметрів

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.313.333
С. 58-68
Мова Рос.
Бібл. 15 назв.

ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ПАРАМЕТРІВ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ПСЕВДОПОЛІГАРМОНІЧНИХ СИГНАЛІВ РІЗНОЇ ФОРМИ 

Ю. В. Ромашихін
На сьогоднішні спостерігається високий відсоток виходу з ладу асинхронних двигунів як найбільш масового виду електричних машин. Це обумовлено недоліками експлуатації, низькою якістю ремонту, природними процесами старіння, порушеннями технології виробництва, у зв’язку з чим значна увага приділяється питанням визначення електромагнітних параметрів асинхронних двигунів, які можуть змінюватися при довготривалій експлуатації або проведенні ремонтних операцій. Аналіз існуючих методів визначення електромагнітних параметрів асинхронних двигунів дозволив виявити їх основні недоліки та обґрунтувати можливість використання складових миттєвої потужності в задачах ідентифікації. Для спрощення процедури визначення електромагнітних параметрів асинхронних двигунів запропоновано використовувати так звані «псевдополігармонічні» сигнали, які можна отримати із синусоїдних шляхом їх перетворення. Тому метою роботи є питання розвитку методу визначення електромагнітних параметрів асинхронних двигунів із використанням складових миттєвої потужності при живленні від джерел синусоїдної напруги. Для ідентифікації електромагнітних параметрів асинхронних двигунів використовується енергетичний метод, який базується на рівняннях балансу складових миттєвої потужності. Отримання необхідного гармонічного складу забезпечується обмеженням періоду розкладу виміряних синусоїдних сигналів напруги та струму на заданий кут. Аналіз результатів із використанням зазначеного підходу показує, що похибка ідентифікації електромагнітних параметрів асинхронних двигунів не перевищує 15 %. Це пов’язано з тим, що обмеження періодів сигналів напруги та струму призводить до порушення рівності в рівняннях балансу складових миттєвої потужності на джерелі живлення й на елементах схеми заміщення. Тому для усунення цієї похибки запропоновано обмежувати період розкладу не сигналів напруги й струму, а сигналів миттєвої потужності на джерелі й на елементах схеми заміщення. При цьому похибка ідентифікації електромагнітних параметрів асинхронних двигунів не перевищує 5 %. Таким чином, показано ефективність використання енергетичного методу ідентифікації електромагнітних параметрів асинхронних двигунів із використанням псевдополігармонічних сигналів різної форми.
Ключові слова: миттєва потужність, електромагнітні параметри.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.313
С. 69-80
Мова Рос.
Бібл. 18 назв.

РІШЕННЯ ОДНОГО КЛАСУ НЕКОРЕКТНИХ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ЗАДАЧ ЕНЕРГЕТИЧНИМ МЕТОДОМ 

Д. Й. Родькін
Енергетичні процеси не є основними для аналізу електричних кіл, що пояснюється недостатнім використанням інтегральних методів. Вони, не дивлячись на їх простоту і наочність, призводять до втрати інформації про енергопроцеси. З іншої сторони, існує ціла низка важливих для практичних цілей задач з некоректно поставленими умовами, для яких відсутні прийнятні методи рішення. Для аналізу цих процесів може бути використаним енергетичний метод, запропонований автором. Метою роботи є виявлення можливостей енергетичного методу ідентифікації для оцінки параметрів електричних кіл в умовах некоректно заданих умов. В останній час виникла зацікавленість до дослідження енергопроцесів в ланцюгах з полігармонічними напругами та струмами з використанням методу миттєвої потужності, в основу якого покладено аналіз часових залежностей напруги, струму та їх добутку – миттєвої потужності. На цій базі розроблено енергетичний метод, сутність якого в тому, що енергетичний режим у конкретній електромеханічній системі можливо надати у формі рівнянь балансу складових миттєвої потужності джерела й споживача. Як правило, при цьому аналізуються несинусоїдальні напруги й струми. Розширення можливостей енергетичного методу можливо при живленні досліджуваної схеми від джерела синусоїдальної напруги. Для забезпечення використання енергетичного методу реалізується режим живлення досліджуваної схеми від джерела з необхідним гармонічним складом. Для цього вводять додаткові, штучно отримані спектри гармонік напруги й струму з періодом, відмінним від періоду напруги мережі. Показано ефективність використання енергетичного методу при ідентифікації параметрів схеми, що містить послідовно ввімкнені активний опір, індуктивність та ємкість. При цьому для формування ідентифікаційних рівнянь отримано складові гармонік миттєвої потужності на вказаних елементах. Похибка ідентифікації параметрів схеми при введені штучних спектрів гармонік напруги й струму з відмінними періодами з використанням енергетичного методу не перевищує 5 %. Аналогічні результати отримуються при ідентифікації параметрів асинхронного двигуна за Т-подібною схемою заміщення. Похибка ідентифікації параметрів не перевищує 4 %. Таким чином, у роботі підтверджено ефективність використання енергетичного методу при ідентифікації параметрів схем з некоректно заданими умовами.
Ключові слова: енергетичний метод, миттєва потужність, ідентифікація параметрів.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 628.12
С. 81-89
Мова Рос.
Бібл. 10 назв.

ОЦІНКА ВТРАТ ПОТУЖНОСТІ В ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ НАСОСНОМУ КОМПЛЕКСІ 

Показано, що енергетичні режими насосного комплексу залежать від графіку роботи споживача, способу керування електромеханічними й технологічними параметрами, експлуатаційних характеристик обладнання, що змінюються в часі. Обгрунтовано підхід комплексного підвищення ефективності насосних станцій, який базується на оцінці розподілу потужності й втрат потужності у всіх елементах силового каналу при різних схемах регулювання технологічного параметра з урахуванням реальних режимів водоспоживання й змінних експлуатаційних характеристик обладнання. Розроблено структуру та алгоритм функціонування системи комплексного підвищення ефективності насосних станцій. Аналіз розподілу потужності й втрат потужності в насосному комплексі дозволив визначити складові, в яких є найбільший резерв енергозбереження. Отримано, що при регулюванні продуктивності дроселюванням потоку рідини на виході насоса найбільше зниження втрат потужності спостерігається в насосі й на засувці, порівняно зі зміною частоти обертання насосного агрегату. На основі експериментальних досліджень енергорежимів фізичної моделі насосного комплексу доведено доцільність комплексного підходу до підвищення ефективності роботи насосних станцій. Оцінка отриманих діаграм розподілу потужності й втрат потужності дозволяє сформулювати рекомендації з вибору енергоефективного методу регулювання технологічного параметра та своєчасної заміни обладнання.
Ключові слова: втрати потужності, досліджувальний насосний комплекс, ефективність.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 681.3
С. 90-95
Мова Англ.
Бібл. 12 назв.

ВИІРТУАЛЬНІ КОМПЛЕКСИ ТА ТРЕНАЖЕРИ – ТЕХНОЛОГІЯ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ НАВЧАННЯ СТУДЕНТІВ З ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ ТА АВТОМАТИЗАЦІЇ

О. П. Чорний, Т. П. Коваль, Ю. В. Лашко, А. М. Гуржій, М. Хаджиселімович
У статті автори запропонували технологію підвищення якості підготовки студентів з електромеханіки і автоматизації в технічному університеті. Обґрунтована актуальна проблема необхідності комплексного підвищення якості підготовки. Основу технології складають програмно-апаратні лабораторні комплекси, тренажери, що моделюють об’єкти, процеси в яких ідентичні процесам в реальних фізичних об’єктах. Показано застосування віртуальних лабораторних комплексів як технології поступового наукового зростання студента до магістранта, інженера і науковця. Наведено структуру та характеристику напрямків можливих досліджень. Розглянуто практичне застосування віртуальних комплексів у навченому процесі, зокрема організації лабораторного практикуму при вивченні електротехнічних дисциплін. Відмічено перспективи соціально–економічного ефекту від використання віртуальних комплексів у навченому процесі.
Ключові слова: технологія навчання, якість навчання, віртуальні комплекси та тренажери, програмно-апаратні лабораторні комплекси.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.313.33
С. 97-106
Мова Рос.
Бібл. 18 назв.

ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ З УРАХУВАННЯМ ЗМІНИ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАГНІТНОЇ СИСТЕМИ

М. В. Загірняк, В. О. Огарь, В. В. Ченчевой, В. П. Ляшенко, Атеф С. Аль-Машакбех
Запропоновано схеми заміщення, а також уточнені математичні моделі асинхронного двигуна з урахуванням нелінійності кривої намагнічування, явища гістерезису й вихрових струмів. Досліджено статичні, енергетичні та динамічні характеристики асинхронного двигуна з урахуванням зазначених явищ. Проведено гармонійний аналіз струмів асинхронного двигуна в режимі неробочого ходу. Показано, що врахування нелінійності кривої намагнічування в математичній моделі призводить до збігу характеристик, отриманих на математичній моделі з експериментальними кривими. Показано вплив збільшення втрат від вихрових струмів на характеристики асинхронного двигуна. Адекватність представленої математичної моделі підтверджено експериментальними дослідженнями.
Ключові слова: асинхронний двигун, математична модель, втрати в сталі, нелінійність кривої намагнічування, гістерезис, вихрові струми.