Аннотация: Рассмотрены системы возбуждения известных ферроиндукционных преобразователей (ФИП). Предложен вариант ФИП с новым мультифакторным способом возбуждения, основанным на совместном действии электромагнитно-акустического (ЭМА) и магнитомодуляционного (ММЭ) эффектов. Описан вариант конструктивного решения феррозондового датчика (ФД), реализующего предложенный способ возбуждения. Подробно рассмотрены физические процессы, положенные в основу данного технического решения. Показано, что в предложенном датчике одновременно реализуются пять режимов функционирования, сопровождаемые соответствующими физическими эффектами: 1) режим мостового индуктивно-емкостного делителя напряжения; 2) режим ЭМА-преобразователя, реализующего процесс возникновения пространственно-периодических акустических волн; 3) режим -преобразования за счет ЭМА-эффекта; 4) режим индуктора, при котором измерительные катушки помимо своего прямого назначения дополнительно выполняют функции элементов формирования возбуждающего магнитного поля; 5) режим -преобразования за счет ММЭ. Проведенный анализ возникающих физических эффектов и их аналитическое описание показали, что предлагаемый ФД с мультифакторным режимом возбуждения обладает следующими преимуществами: 1) существенным конструктивным упрощением, которое связано с тем, что измерительные катушки совмещают такие две функции, как генерация переменного магнитного поля возбуждения и регистрация информационного сигнала; 2) повышенной помехозащищенностью за счет использования измерительных катушек в качестве плечевых элементов емкостно-индуктивного измерительного моста с разностным сигналом его измерительной диагонали, что обеспечивает компенсацию синфазных составляющих помехи и последствий температурного дрейфа; 3) повышенной чувствительностью без ухудшения точности преобразования за счет использования различных физических эффектов при резонансном воздействии соответствующими физическими полями; 4) пониженным энергопотреблением.

Аннотация: В работе рассматривается система управления импульсным преобразователем напряжения с частотно-импульсной модуляцией, учитывающая возможность возникновения нежелательных колебаний на выходе, связанных с динамическими нелинейностями системы. Рассматриваемое в работе устройство является системой автоматического управления с обратной связью на основе пропорционального регулятора, то есть является простейшей системой с астатизмом. Предлагается структура системы управления, включающая дополнительную систему управления нелинейными динамическими процессами, построенную на основе метода направления на цель. Это позволяет обеспечивать желаемый динамический режим при изменении параметров системы или параметров внешних воздействий в широких диапазонах. Получены расчетные выражения для выбора оптимальных параметров пропорционального регулятора и задающего воздействия для обеспечения заданной точности поддержания выходного напряжения в условиях меняющейся нагрузки. Показано, что высокие значения коэффициента усиления П-регулятора в системе без управления нелинейными динамическими процессами приводят к возникновению нежелательных динамических режимов, которые могут быть устранены лишь уменьшением указанного коэффициента, что приводит к падению статической точности замкнутой системы автоматического управления. В работе приведены нелинейная динамическая модель системы в виде отображения Пуанкаре и малосигнальная структурная модель системы на основе метода направления на цель, учитывающая дискретность системы управления из-за наличия в ее составе устройств выборки-хранения. Проведены исследования систем без управления нелинейными динамическими процессами и с их управлением. Показано, что малосигнальная структурная модель системы не позволяет точно определять параметрические границы перехода системы в нежелательные режимы, что требует применения нелинейных динамических моделей для уточнения данных границ. Подтверждено, что применение метода направления на цель позволяет исключить нежелательные колебания и обеспечить устойчивость системы без изменения коэффициента пропорционального регулятора, что позволяет сохранить статическую точность. Предлагаемый подход к построению систем управления преобразователей с частотно-импульсной модуляцией может быть применен и при других типах регуляторов в основном контуре управления с целью улучшения динамики системы.

Аннотация: Многообразие микропроцессорных терминалов релейной защиты требует сегодня от расчетчика знания особенностей методик расчета уставок релейной защиты на базе каждого из терминалов. К таким особенностям относятся, например, коэффициенты возврата, требования к измерительной аппаратуре, а также шаг и диапазон, регулирование уставок. Ряд производителей микропроцессорных устройств релейной защиты предлагают проектировщикам свои системы автоматизированного расчета уставок. Однако каждая из таких систем имеет свою логику представления исходных данных, что также создает определенные трудности при выполнении расчетов. Таким образом, актуальной является задача разработки комплексной системы автоматизированного расчета уставок релейной защиты, позволяющей на основе исходных данных об эквиваленте электрической сети и параметров основного оборудования подстанции рассчитать токи короткого замыкания в максимальном и минимальном режимах и определить уставки срабатывания защиты на базе различных микропроцессорных терминалов с учётом их технических особенностей. В данной работе представлена система автоматизированного расчета уставок защит линии электропередачи напряжением 6(10) кВ на базе микропроцессорных терминалов производства ООО «НТЦ «Механотроника», АО «Радиус Автоматика», ООО НПП «ЭКРА» и АО «Шнейдер Электрик». Авторами разработаны алгоритмы автоматизированного расчета уставок максимальной токовой защиты и токовой отсечки на базе указанных терминалов защиты. Также выполнена программная реализация данных алгоритмов и приведен пример расчета уставок с использованием разработанного программного комплекса. Алгоритмами предусмотрено формирование предупреждений для расчетчика о невыполнении требований по чувствительности защиты, выхода за пределы диапазона регулирования уставок.

Аннотация: Повышение надёжности электроснабжения особо ответственных потребителей является одной из важнейших задач, решаемых на стадии проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Для обеспечения необходимого уровня надёжности применяются различные технические средства. Устройство быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) является в настоящее время одним из наиболее эффективных и доступных. Оно предназначено для повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей и обеспечения динамической устойчивости комплексной электродвигательной нагрузки при кратковременных нарушениях электроснабжения. Работа БАВР основана на непрерывном мониторинге величин фазных напряжений и токов на шинах двух вводов распределительного устройства, преобразовании их в комплексные действующие значения напряжений и токов прямой последовательности с последующей программной обработкой результатов измерений. Благодаря применению быстродействующих вакуумных выключателей и микропроцессорных устройств релейной защиты время переключения на резервный источник питания не превышает 100 мс. Приведены и проанализированы пять основных условий, при которых применение БАВР является особенно эффективным и оправданным. Особое внимание уделено оптимизации переходных процессов при переключении на резервный источник питания за счёт синхронизации момента включения вакуумного выключателя. Установлено и обосновано, что угол между векторами напряжения на шинах с выбегающей двигательной нагрузкой и резервным источником питания не должен превышать 30 электрических градусов. Приведены осциллограммы напряжений на работающей и отключенной секциях при срабатывании БАВР после потери питания на одной секции шин подстанции. По результатам исследований сделаны выводы об эффективности обеспечения динамической устойчивости комплексной электродвигательной нагрузки при кратковременных нарушениях электроснабжения.

Аннотация: В России на больших территориях имеется большое количество энергопотребителей, которые не присоединены к Единой энергосистеме. Более того, их объединение в единую энергосистему часто нецелесообразно по технико-экономическим причинам. Автономное электроснабжение может быть обеспечено за счет возобновляемых ресурсов, прежде всего ветровой и солнечной энергии. В данной статье исследуется гибридная ветросолнечная энергетическая установка для автономного электроснабжения удаленных населенных пунктов и рассматриваются вопросы ее параметрической идентификации. Оптимальная структура гибридной ветросолнечной энергетической установки определена на основе проведенного анализа возобновляемых ресурсов на примере ряда населенных пунктов Ханты-Мансийского автономного округа – Югра. Моделирование характерных режимов и сценариев работы реализовано с помощью компьютерных имитационных моделей. Имитационная модель реализована в подсистеме имитационного моделирования Simulink на основе Matlab. Основными исходными данными для моделирования гибридной установки являются мощность, коэффициент мощности и напряжение удаленной системы электроснабжения. Проведено моделирование ряда установившихся и переходных режимов в гибридной энергетической системе. Дополнительное использование солнечных панелей совместно с ветроэнергетической установкой позволило увеличить и выровнять выходную мощность энергетической установки. Кроме того, при типовых нагрузках в установившемся режиме обеспечивается качественное электроснабжение. Форма трехфазного напряжения в установившемся режиме близка к синусоидальной. Действующее значение фазного напряжения соответствует требуемой величине (221 В), а переходной процесс протекает за 0,002 секунды. Таким образом, результаты исследования показывают, что комбинирование солнечных и ветроустановок улучшает качество и повышает надежность электроснабжения.

Аннотация: Электротехнические системы нефтедобывающих предприятий должны отвечать высоким требованиям надежности и бесперебойности. При этом они имеют высокую протяженность электрических сетей и специфичных потребителей, таких как погружные электродвигатели. Эти факторы приводят к высокой чувствительности подобных электротехнических систем к провалам напряжения, что может вызвать потерю устойчивости электродвигателей. Кроме того, в энергосистеме возможны колебания частоты, которые также оказывают влияние на устойчивость электротехнической системы. Таким образом, оценка устойчивости электротехнических систем нефтедобывающих предприятий при изменении частоты питающего напряжения является актуальной задачей. Для оценки устойчивости была составлена математическая модель во вращающейся с частотой напряжения системе координат. Расчеты производились для электротехнической системы типового куста скважин с двигателями ПЭД-110 117, электроснабжение которого осуществляется по схеме с двойным преобразованием напряжения. На первом этапе было смоделировано изменение частоты в номинальном режиме работы, это позволило установить, что рассматриваемая электротехническая система становится абсолютно устойчивой при пониженной частоте и абсолютно неустойчивой при повышенной частоте. Для количественной оценки устойчивости с учетом ограничений по частоте была предложена методика на основе метода площадей. На втором этапе были рассмотрены изменения частоты по линейному закону, возникающие одновременно с провалом напряжения. Установлено, что при линейном повышении частоты коэффициент запаса устойчивости снижается, а при уменьшении частоты – повышается. Полученные результаты позволяют оценивать устойчивость электротехнических систем не только при изменении напряжения, но и при изменении его частоты.

Аннотация: В статье рассмотрены вопросы разработки компьютерной 6-массовой термодинамической модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Компьютерные модели многомассовых термодинамических моделей являются составной частью статических и динамических математических моделей, интенсивно развивающегося актуального направления в автоматизированном электроприводе. Целью статьи является разработка математической и компьютерной 6-массовой термодинамической модели асинхронного двигателя, характеризующейся рациональным разбиением на тепловые массы и теплогенерацию и имеющей в структурной схеме минимум перекрестных связей. На основе предыдущих статей авторов и анализа статей других авторов предложена структурная схема модели, в которой научная новизна состоит в расчете коэффициентов теплопередачи на основе переменных теплогенерации и установившихся температур выделенных масс. Практическая ценность статьи состоит в приведенных формулах по расчету теплоёмкостей, коэффициентов теплопередачи, постоянных времени выделенных масс. Некоторые коэффициенты теплопередачи дополнительно зависят от скорости вращения двигателя в зависимости от типа системы вентиляции. Теоретические исследования выполнены с привлечением методов термодинамики и теории автоматического регулирования. При расчете тепловых процессов использовался на основе векторно-матричного дифференциального уравнения программный пакет проектирования инженерных приложений Matlab Simulink. Разработанная компьютерная программа в статье на примере асинхронного двигателя 4А90L4Y3 использована для анализа четырех различных тепловых процессов в режиме S1. Программа может быть использована в составе статических и динамических моделей автоматизированного электропривода переменного тока для расчета переходных процессов с использованием тахограмм и нагрузочных диаграмм с режимами работы S1, S2, S3 и S6, а также в составе моделей нагрузочных агрегатов для испытания двигателей после капитального ремонта.

Аннотация: В настоящее время для автономных инверторов напряжения (АИН) широко применяются методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с фиксированными интервалами следования импульсов в пределах опорной несущей частоты. К данным методам относятся хорошо известные синусоидальная ШИМ и пространственно-векторная ШИМ. Однако существует альтернативный метод ШИМ, при котором отдельные импульсы не ограничиваются периодом квантования опорного несущего сигнала, а могут изменяться по ширине и положению на полном периоде сигнала выходного напряжения АИН в рамках установленной симметрии. Данный метод в зарубежной литературе имеет название Programmed Pulse Pattern PWM – ШИМ с запрограммированной последовательностью импульсов (ЗПИ). В данной статье будет проведен анализ ЗПИ ШИМ с удалением выделенных гармоник (УВГ) для двухуровневых (2У) форм выходного напряжения АИН. УВГ является одним из самых ранних и распространённых способов реализации ШИМ с ЗПИ, который направлен на постепенное удаление гармоник низшего порядка в соответствии с заданным количеством переключений полупроводниковых модулей. В результате проведенных исследований были рассчитаны шесть ЗПИ с УВГ для обладающих четвертьволновой симметрией 2У форм напряжения АИН, начиная от 5-й и 7-й гармоник (при трёх переключений) и заканчивая 35-й и 37-й гармониками (при тринадцати переключений). Наборы ЗПИ были графически представлены в виде зависимостей углов переключений полупроводниковых модулей АИН от коэффициента модуляции. В работе исследованы спектры и коэффициенты суммарных гармонических искажений до 50-й гармоники выходного напряжения АИН на интервале изменения коэффициента модуляции от 0 до 1,15 с шагом 0,01. Наиболее значимыми результатами проведённого исследования являются полученные зависимости индивидуальных гармонических составляющих от коэффициента модуляции. Проведенные исследования перспективны при разработке методов ЗПИ ШИМ с УВГ для силовых преобразователей с ограниченной частотой переключений полупроводниковых модулей, решения проблем обеспечения их электромагнитной совместимости, повышения энергоэффективности и оптимизации потерь мощности.

Аннотация: Снижение расхода электрической энергии на собственные нужды (СН) трансформаторных подстанций (ПС) является актуальной задачей. В представленной работе с помощью методов анализа и синтеза работы силового электрооборудования, методов оптимизации разработана и исследована модель снижения расхода электроэнергии на СН подстанции Сибирского региона. Данный регион характеризуется продолжительным отопительным сезоном. Комплексная модель снижения расхода электроэнергии на СН ПС состоит из следующих составляющих: интеллектуальной системы управления охлаждением автотрансформаторов (АТ) подстанции и системы рекуперации электрических потерь АТ. Разработанная адаптивная система с использованием искусственной нейронной сети включает частотно-регулируемый электропривод и позволит осуществить оптимальное управление системой охлаждения АТ, а также даст возможность повысить энергетическую эффективность работы оборудования для обеспечения СН ПС. Кроме того, интеллектуальная система управления охлаждением АТ напрямую совмещена с установкой рекуперации тепла, выделяемого АТ. В качестве базового объекта рассмотрена подстанция 500 кВ, в составе которой присутствует шесть силовых автотрансформаторов. Электрические потери АТ использованы в данной модели для целей отопления нескольких зданий подстанции. Предложена система утилизации электрических потерь, выделяемых в виде теплоты масла автотрансформатора, которая состоит из теплообменника, теплового насоса, соединительных трубопроводов и системы управления. Исследование модели показало, что тепловая энергия электрических потерь автотрансформаторов может успешно использоваться для замещения тепловой мощности электрокотлоагрегатов обогрева зданий подстанции, что позволит снизить потребление электрической энергии на собственные нужды ПС. Исследование также показало, что для каждой конкретной ПС необходимо адаптировать модель в зависимости от её входной информации: климата, удалённости потребителей от АТ, мощности отопления, объёма потребления горячей воды, загрузки АТ и других факторов. Также разработанная комплексная модель даст возможность поддерживать заданный температурный режим работы оборудования при минимальном расходе электроэнергии на охлаждение.