Аннотация: В статье рассматриваются ключевые электромеханические характеристики асинхронного двигателя общепромышленного исполнения с классической электромагнитной системой, а именно пусковой ток, пусковой и критический моменты. Показано, что пусковой ток зависит от индуктивного реактивного сопротивления короткого замыкания, обусловленного потоками рассеяния магнитного поля. При этом пусковой момент двигателя при прочих неизменных параметрах пропорционален активному сопротивлению обмотки ротора. А критический момент обратно пропорционален индуктивному реактивному сопротивлению короткого замыкания. Для уже изготовленного двигателя активное сопротивление короткозамкнутого ротора и реактивное сопротивление короткого замыкания недоступны регулированию, а следовательно, уменьшению пускового тока и увеличению пускового и критического моментов. Авторами статьи предложен, обоснован и исследован вариант регулирования пускового тока, пускового и критического моментов асинхронного двигателя путем модернизации электромагнитной схемы статора...

Аннотация: В работе рассмотрена возможность применения барботажной обработки трансформаторного масла пузырьками элегаза в качестве одного из перспективных способов удаления влаги и механических примесей без слива масла из бака трансформатора. Цель исследования заключается в теоретическом обосновании предлагаемого метода на основе математического моделирования гидродинамических и массообменных процессов, сопровождающих движение газовых пузырьков в минеральном трансформаторном масле. Для достижения поставленной цели использованы методы математического моделирования гидродинамики барботажа, аналитические зависимости массопереноса между газовой и жидкой фазами, а также теоретический анализ процессов флотационного извлечения механических примесей. Выполнена оценка влияния диаметра пузырьков, расхода элегаза и продолжительности обработки на эффективность удаления влаги и твердых загрязнений. По результатам расчетов определены диапазоны технологических параметров, при которых может быть обеспечена наиболее высокая эффективность процесса. Полученные оценки свидетельствуют о возможности снижения влагосодержания масла, повышения его электрической прочности и удаления значительной части механических примесей при сохранении химической стабильности масла благодаря использованию химически инертного рабочего газа. Показано, что барботажная обработка может рассматриваться как самостоятельный способ обработки масла для отдельных условий эксплуатации или как предварительная стадия комплексной технологии регенерации, включающей вакуумную дегазацию, фильтрацию или адсорбционную очистку. Полученные результаты имеют теоретический характер и могут быть использованы при создании опытно-промышленных барботажных установок, а также при планировании последующих экспериментальных исследований, направленных на проверку расчетных зависимостей и уточнение технологических параметров процесса.

Аннотация: Выполнен обзор и анализ известных способов дефектоскопии изолированных проводов. Показано, что, несмотря на большое количество существующих способов и устройств дефектоскопии, разработка универсальных и точных систем контроля качества изолированных проводов остается актуальной востребованной задачей. Предложен новый радиоволновой неразрушающий способ дефектоскопии изолированных проводов. Он осуществляется путем воздействия первичным циркулярным вихревым электрическим полем, создаваемым переменным электрическим зарядом трубчатого возбуждающего электрода, на изоляционное покрытие провода и создания в этом покрытии вторичного циркулярного вихревого электрического поля, которым в поверхностных слоях электропроводящего элемента провода индуцируют вихревые токи. Этими токами инициируют в теле электропроводящего элемента бегущую магнитную H-волну, поперечная составляющая которой индуцирует в электрической трубчатой антенне, охватывающей изолированный провод, переменный электрический заряд. Потенциалом этого заряда в приемном резонансном параллельном LC-контуре электрической антенны возбуждают резонансный контурный переменный ток, создающий на LC-контуре резонансную ЭДС самоиндукции. Путем квадратурного детектирования и последующей алгоритмической обработки этой ЭДС определяются параметры изоляции и проводящей жилы провода. Предложена структурная схема реализации способа контроля параметров и дефектоскопии изолированного провода, а также конструктивное исполнение основных функциональных узлов этой схемы. Выполнено теоретическое описание процессов контроля, получены аналитические выражения, позволяющие вычислять значения электропроводимости изоляции и значения электропроводимости электропроводящей жилы контролируемого участка изолированного провода. Показаны основные преимущества предложенного способа контроля.

Аннотация: В статье представлены результаты разработки и экспериментальной верификации математической модели индукционного нагревателя для промышленной утилизации артиллерийских взрывателей типа В-90 и РГМ-2. Рассмотрены существующие технологии утилизации взрывателей, применяемые различными предприятиями оборонно-промышленного комплекса, и обоснована перспективность применения индукционного нагрева для данных целей как наиболее безопасного и эффективного. Разработана математическая модель процесса нагрева взрывателей типа В-90 и РГМ-2, учитывающая их конструктивные особенности, массогабаритные характеристики и теплофизические свойства материалов. Предложен подход к моделированию взрывателя как тела с приведенными значениями теплофизических характеристик, что позволило существенно упростить расчеты без потери точности. Для построения «теплового портрета» взрывателя использован программный пакет ELCUT с применением экспериментально-итерационного метода определения оптимального числа узлов расчетной сетки. Представлены результаты экспериментальных исследований на опытной индукционной установке ИНВ-400, включающие данные о динамике нагрева взрывателей, температурных режимах и временных характеристиках процесса до момента демонтажа взрывателей. Приведено описание экспериментальной установки, используемое измерительное оборудование, а также условия проведения испытаний по воздействию нагрева на взрыватель. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных по нагреву различных элементов огневой цепи взрывателя, которое подтвердило адекватность разработанной математической модели с погрешностью, не превышающей 6%. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании промышленных установок непрерывного действия для утилизации артиллерийских взрывателей методом индукционного нагрева, что имеет существенное значение для решения проблемы оборонно-промышленного комплекса по безопасной утилизации боеприпасов с истекшим сроком хранения.

Аннотация: Эффективное управление эксплуатационной надёжностью заводской системы электроснабжения требует своевременного прогнозирования времени восстановления (Тв) и параметра потока отказов (ω) для различных классов напряжения и типов оборудования. Эти величины определяют ущерб от недовыработки продукции и позволяют обоснованно сформировать бюджет капитальных и текущих ремонтов электросетевого и подстанционного оборудования. Традиционные статистические методы (экспоненциальное сглаживание, скользящее среднее, линейная регрессия) не всегда учитывают нелинейные зависимости между отказами, погодными условиями и нагрузкой подстанций. В статье предлагается подход, основанный на применении нейронной сети для прогнозирования Тв и ω на следующий год. Использован многослойный перцептрон с восемью входными признаками и двумя выходными – Тв и ω, обеспечивающий устойчивую работу при коротких временных рядах. Для оценки точности прогноза применён метод скользящего окна. Исходными данными служат журналы аварийных отключений за 2008‑2020 гг., сведения о количестве оборудования и мощности подстанций для рассчитываемого узла (ЦЭС‑ПВЭС‑ПС95). Для каждого класса напряжения (3, 6, 10, 35, 110, 220 кВ) и типа оборудования (трансформатор, кабельная линия, воздушная линия, выключатель) построены законы распределения времени восстановления, оценена их эволюция. Разработанный алгоритм также вычисляет недоотпущенную электроэнергию для заданного энергоузла. Результаты визуализированы в виде многостраничных отчётов (PDF, Excel), содержащих графики динамики Тв и ω, таблицы законов распределения и сравнение прогнозных значений с фактическими. Предложенный метод может быть использован диспетчерскими и ремонтными службами для планирования технического обслуживания и оценки вероятного ущерба от аварийных отключений.

Аннотация: Рост доли энергоресурсов на основе сетевых преобразователей (ЭРСП) в распределённых энергосистемах сопровождается снижением её суммарной инерционности, что требует имитации ЭРСП динамических свойств синхронных генераторов. Существующие подходы к настройке системы управления ЭРСП в режиме виртуального синхронного генератора (ВСГ) не устанавливают явных аналитических связей между параметрами виртуальной инерции, коэффициентами статизма и нормируемыми показателями качества электроэнергии, что вынуждает применять итерационные методы при проектировании и первичной наладке систем управления ЭРСП. В настоящей работе предложена аналитическая методика параметрического синтеза режима ВСГ на примере системы накопления электрической электроэнергии (СНЭЭ) мощностью 350 кВт, 690 В, 50 Гц, в которой единственными входными данными служат три нормируемых показателя: допустимое относительное отклонение угловой частоты, максимально допустимая скорость изменения частоты и допустимое относительное отклонение напряжения. На основе уравнения качания в нормированной мощностной форме получены аналитические выражения для коэффициента статизма по частоте, виртуального момента инерции, постоянной времени фильтра выделения переменной составляющей (washout-фильтр) и коэффициента статизма по реактивной мощности и напряжению (Q–U), каждое из которых связывает параметр ВСГ с физически интерпретируемым нормируемым показателем качества напряжения. Установлено, что инерционная постоянная однозначно определяется допустимым RoCoF и номинальной частотой и не зависит от номинальной мощности сетевого преобразователя, что позволяет масштабировать параметры ВСГ без перенастройки. Предложенная методика обеспечивает связь между нормируемыми показателями качества электроэнергии и параметрами режима ВСГ и применима для ЭРСП, работающих в режиме формирования и поддержания частоты и напряжения в точке присоединения.

Аннотация: Целью работы является выявление новых возможностей структурно-алгоритмического синтеза устройств силовой электроники активного типа – УСЭ(А) одного, наиболее распространённого класса – AC/DC (в трансформаторном и бестрансформаторном их исполнении) в следующих актуальных сегодня направлениях: 1) повышение преобразуемой мощности при использовании реально располагаемых, полностью управляемых ключей с недостаточной единичной мощностью (без параллельного их соединения); 2) выполнение функции регулирования выходного напряжения; 3) улучшение их электромагнитной и электроэнергетической совместимости путём улучшения входного коэффициента мощности (ВКМ) нелинейных потребителей (НП); 4) создание информационно-методических основ для сопоставительной оценки НП и для системного их проектирования. Рациональные области применения таких УСЭ(А), прежде всего, это тяговые подстанции мощностью от единиц до десятков мегаватт и металлургия. Назревшая актуальность их глубокой модернизации особенно очевидна в тех случаях, когда срок их «жизни» превышает 50 лет и при этом в них используется одноканальный пассивный вариант УСЭ(П) в виде традиционного 3-фазного мостового выпрямителя, степень совершенства которого характеризуется пониженным значением его ВКМ. Показано, что рассматриваемая структурно-алгоритмическая организация УСЭ(А) данного класса обеспечивает значение входного cosφ1(1)=1 как при регулировании их выходного напряжения, так и при изменении тока нагрузки (без применения для этого специальных отрицательных обратных связей). Установлена количественная взаимосвязь между непредусмотренными (при проектировании) потерями в линии электропередачи, которые обусловлены пониженным значением показателя ВКМ. Предложены новые решения и рекомендации по их применению. В качестве средств исследования использованы математическое и компьютерное моделирование.

Аннотация: Проанализированы подходы к обеспечению согласованного вращения асинхронных электродвигателей в многодвигательных системах. Показана возможность применения замкнутых систем «тиристорный преобразователь напряжения – асинхронный двигатель» (ТПН–АД) с обратной связью по скорости и обоснована актуальность задач параметрического синтеза системы автоматического управления (САУ), обеспечивающих выполнение требований синхронизации вращения в многодвигательных системах. Рассмотрены функциональная и линеаризованная структурная схемы замкнутой по скорости системы ТПН–АД, на основе которой разработана структурная схема многодвигательного электропривода с тремя асинхронными двигателями с общим регулятором скорости в среде имитационного моделирования MATLAB/Simulink. Составлена система дифференциальных уравнений в форме, адаптированной для решения задачи параметрического синтеза системы управления, расчета скорости и момента в пусковом режиме трехдвигательного асинхронного электропривода. Для нахождения приемлемых параметров регуляторов САУ в работе реализован формализованный подход к определению их расчетных значений. Для этого предложен подход на основе квадратичной функции Ляпунова. Параметры регуляторов, лежащие в диапазоне технически реализуемых значений, подбираются методом сканирования таким образом, чтобы обеспечить выполнение условий устойчивости по Ляпунову. Процедура реализована в специально разработанной подпрограмме на языке программирования среды MATLAB. Полученные значения параметров САУ были использованы в дифференциальных уравнениях при расчете динамики пускового процесса многодвигательной системы методом Рунге-Кутта. Результаты моделирования демонстрируют, что полученные параметры САУ обеспечивают устойчивость переходного пускового процесса без перерегулирования скорости. Это подтверждает работоспособность рассматриваемого метода для синтеза параметров системы управления многодвигательным асинхронным электроприводом с тиристорными преобразователями напряжения.

Аннотация: В статье рассмотрена одна из задач повышения энергоэффективности электроэнергетической отрасли, а именно повышение точности прогнозирования электропотребления. Обоснована актуальность и значимость краткосрочного прогнозирования электропотребления малонаселенными пунктами, заключающаяся в увеличении количества автономных коттеджных поселков во многих регионах России, и в то же время по этой теме малое количество научных публикаций. Для реализации краткосрочного прогнозирования выбрана рекуррентная нейронная сеть LSTM, математическая модель которой состоит из шести уравнений, описывающих: учет предыдущих значений электропотребления (скрытое состояние LSTM); исключение значений электропотребления, не достигших порогового значения (фильтр LSTM); обновление временного ряда значений электропотребления (добавление в память LSTM новых значений); прогнозирование значений электропотребления с заданным шагом прогноза (новое скрытое состояние LSTM). Предложена архитектура искусственной нейронной сети, учитывающая все внешние факторы, влияющие на характер электропотребления системы электроснабжения малонаселенного пункта, а именно: метеоданные (температура, скорость ветра); тип дня (рабочий, выходной, праздничный); сезонность (зима, весна, лето, осень). Для программной реализации рекуррентной LSTM в среде моделирования Matlab с помощью функций библиотеки Deep Learning Toolbox был разработан алгоритм краткосрочного прогнозирования электропотребления. Тестирование разработанного программного средства проводилось с использованием архитектур ИНС с разным количеством скрытых слоев. Анализ полученных результатов позволил определить наиболее точную прогнозную модель – модель рекуррентной LSTM, содержащую четыре скрытых слоя. Экспериментально доказано повышение точности краткосрочного прогнозирования электропотребления посредством учета множества изменяющихся параметров внешней среды.

Аннотация: Вклад статьи заключается в обосновании мониторинга эквивалентных нагрузок (моментов либо токов) индивидуальных электроприводов верхнего и нижнего валков (ВГП и НГП) горизонтальной клети толстолистового прокатного стана в режиме асимметричной прокатки. Основной причиной асимметрии – неравенства скоростей двигателей, является формирование изгиба переднего конца раската в форме «лыжи». Асимметрия нагрузок влечет ряд негативных последствий, в том числе ухудшение температурного режима более загруженного двигателя и увеличение потерь электрической энергии. В связи с этим актуальной является задача косвенного контроля теплового состояния двигателей по эквивалентным токам либо моментам. Эквивалентные параметры целесообразно вычислять (восстанавливать) по текущим значениям, зафиксированным с заданным интервалом времени (шагом) во время прокатки. Для выполнения таких вычислений в автоматическом режиме разработан наблюдатель эквивалентного тока двигателя. Рассмотрен принцип построения наблюдателя, выполнена его виртуальная настройка с использованием моделирования Hardware-in-the-loop Simulation (HIL). Приведен пример мониторинга действующих значений токов двигателей клети стана 5000 с последующим восстановлением эквивалентных токов. Представлены осциллограммы за 19 проходов при двух значениях рассогласований скоростей (1,5 и 10%), доказано кратное различие эквивалентных токов. Выполнен расчет потерь мощности в статорной цепи двигателя, показано, что при разнице скоростей 1,5% обеспечивается снижение потерь электрической энергии на 15%. Тем самым подтверждена целесообразность разработки технических решений, обеспечивающих сокращение времени работы ВГП и НГП с разными нагрузками. Это достигается за счет быстродействующего выравнивания нагрузок по окончании формирования «лыжи».