Ключові слова
польове моделювання
коефіцієнт потужності
реактивний опір
падіння напруги
гармоніки струму
Як цитувати
Анотація
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. Існуючі в інженерній практиці методики розрахунку параметрів та характеристик шинопроводів засновані на методах схемного моделювання. Параметри схем зазвичай визначаються на основі узагальнених рівнянь. Ці рівняння отримані внаслідок низки припущень, що обмежує область їх використання. Альтернативою методикам, заснованих на емпіричних залежностях може бути застосування методів розрахунку електричних параметрів та характеристик на основі польового моделювання. Таким чином, в роботі було запропоновано математичну модель електромагнітних процесів в активних елементах тролеїв шинопровода, що враховує конструктивні параметри, нелінійність магнітних властивостей, вплив гармонійних складових струмів і напруг. На основі реалізації математичної моделі запропоновано методику визначення параметрів та характеристик тролеїв шинопровода на основі польового моделювання, що враховує конструктивні параметри, нелінійність магнітних властивостей, вплив гармонійних складових струмів та напруг, що володіє високою точністю та ефективністю чисельної реалізації. Встановлено вплив сталевого кожуха на електричні параметри та характеристики шинопровода. Наявність сталевого кожуха призводить до зниження коефіцієнта потужності, збільшення падінь напруги та спотворення їх фаз, а також до зростання втрат на 2 %. Виконано оцінку впливу на втрати активної потужності від гармонійних складових струмів. Наявність гармонійних складових струмів у межах стандарту призводить до додаткового збільшення втрат на 3 %. Однак, при перевищенні стандартизованих значень їх вплив на втрати активної потужності істотно зростає. Запропонована методика має високу точність та ефективність чисельної реалізації і може бути реалізована за допомогою програмного забезпечення зі статусом вільної ліцензії (наприклад, FEMM).
Посилання
Zare F., Ledwich G. F. Reduced layer planar busbar for voltage source inverters. IEEE Transactions on Power Electronics. 2002, vol. 17, no. 4, pp. 508–516. doi: https://www.doi.org/10.1109/TPEL.2002.800990.
Kotsur M. I., Kotsur I. M., Bliznyakov A. V. Povyshenie effektivnosti rezhima tormozheniya protivovklyucheniem asinkhronnogo dvigatelya c faznym rotorom [Increase effectiveness of reversible braking mode realization of the wound-rotor induction motor]. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2015, Vol. 1, no. 8(73), pp. 27–30. doi: https://www.doi.org/10.15587/1729-4061.2015.36670.
Kotsur M. I., Andrienko P. D., Kotsur I. M., Bliznyakov O. V. Converter for frequency-current slip-power recovery scheme. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2017, no. 4, pp. 49–54.
Kotsur M., Yarymbash D., Kotsur I., Bezverkhnia Y., Andrienko D. Speed synchronization methods of the energy-efficient electric drive system for induction motors. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). 2018, pp. 304–307. doi: https://www.doi.org/10.1109/TCSET.2018.8336208.
IEC 61000-3-12:2011+A1:2021. Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3-12: Limits – Limits for harmonic currents produced by equipment connected to public low-voltage systems with input current >16 A and ≤ 75 A per phase. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission, 2021. 54 p.
Pellerey P., Lanfranchi V., Friedrich G. Coupled Numerical Simulation Between Electromagnetic and Structural Models. Influence of the Supply Harmonics for Synchronous Machine Vibrations. IEEE Transactions on Magnetics. 2012, vol. 48, no. 2, pp. 983–986. doi: https://www.doi.org/10.1109/TMAG.2011.2175714.
Zhemerov G. G., Il'ina N. A., Il'ina O. V. Vzaimosvyaz' mezhdu modulem mgnovennoy reaktivnoy moshchnosti i KPD sistemy elektrosnabzheniya [Relationship between instantaneous reactive power module and power system efficiency]. Tekhnichna Elektrodynamika, tem. vypusk, «Problemy suchasnoyi elektrotekhniky». 2008, no. 4, pp. 31–36.
Subbotin S., Oleynik A. The Feature Selection Method Based on the Evolutionary Approach With a Fixation of a Search Space. 2006 International Conference – Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications, and Computer Science. 2006, pp. 574–575. doi: https://www.doi.org/10.1109/TCSET.2006.4404637.
Subbotin S., Oleynik A. Entropy Based Evolutionary Search for Feature Selection. 2007 9th International Conference – The Experience of Designing and Applications of CAD Systems in Microelectronics. 2007, pp. 442–443. doi: https://www.doi.org/10.1109/CADSM.2007.4297612.
Oleynik A., Subbotin S., Oleynik A. Bee colony optimization for clustering. 2010 International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET). 2010, pp. 286–286.
Oleynik A., Subbotin S. Parametrical synthesis of neural network models based on the evolutionary optimization. 2009 10th International Conference – The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics. 2009, pp. 335–338.
Fedorov A. A. Spravochnik po elektrosnabzheniyu i elektrooborudovaniyu: v 2 t. T. 2. Elektrooborudovanie [Handbook on electrical supply and electrical equipment: in 2 vols. Vol. 2. Electrical equipment]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1987. 592 p.
Yarymbash D., Kotsur M., Yarymbash S., Kylymnyk I., Divchuk T. An application of scheme and field models for simulation of electromagnetic processes of power transformers. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). 2018, pp. 308–313. doi: https://www.doi.org/10.1109/TCSET.2018.8336209.
Yarymbash D., Kotsur M., Subbotin S., Oleynik A. A new simulation approach of the electromagnetic fields in electrical machines. 2017 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT). 2017, pp. 429–434. doi: https://www.doi.org/10.1109/DT.2017.8024332.
Kotsur M., Yarymbash D., Yarymbash S., Kotsur I. A new approach of the induction motor parameters determination in short-circuit mode by 3D electromagnetic field simulation. 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). 2017, pp. 207–210. doi: https://www.doi.org/10.1109/YSF.2017.8126620.
Vasetskiy Yu. M., Dzyuba K. K. Analiticheskiy metod rascheta kvazistatsionarnogo trekhmernogo elektromagnitnogo polya toka, protekayushchego po konturu proizvol'noy konfiguratsii vblizi elektroprovodnogo tela [An analytical calculation method of quasi-stationary three-dimensional electromagnetic field created by the arbitrary current contour that located near conducting body]. Tekhnichna Elektrodynamika. 2017, no. 5, pp. 7–17. doi: 10.15407/techned2017.05.007.
Hwang C. C., Chang J. J., Jiang Y. H. Analysis of electromagnetic and thermal fields for a bus duct system. Electric power systems research. 1998, vol. 45, no. 1, pp. 39–45. doi: https://www.doi.org/10.1016/s0378-7796(97)01220-0.
Kotsur M., Kotsur I., Bezverkhnia Y., Andrienko D. Increasing of thermal reliability of a regulated induction motor in non-standard cycle time conditions. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). 2017, pp. 88–91. doi: https://www.doi.org/10.1109/MEES.2017.8248960.
Popa I. C., Dolan A., Ghindeanu D., Boltaşu C. Thermal modeling and experimental validation of an encapsulated busbars system. 2014 18th International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies (SIELA). 2014, pp. 1–4. doi: https://www.doi.org/10.1109/SIELA.2014.6871884.
Yarymbash D. S. Issledovanie elektromagnitnykh i termoelektricheskikh protsessov v pechakh grafitatsii peremennogo i postoyannogo toka [The research of electromagnetic and thermoelectric processes in the ac and dc graphitization furnaces]. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2015, no. 3, pp. 95–102.
Yarymbash D. S., Oleinikov A. M. On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering. 2015, vol. 86, no. 2, pp. 86–92. doi: https://www.doi.org/10.3103/S1068371215020121.
Yarymbash D., Yarymbash S., Kylymnyk I., Divchuk T., Litvinov D. Features of defining three-phase transformer no-load parameters by 3D modeling methods. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). 2017, pp. 132–135. doi: https://www.doi.org/10.1109/MEES.2017.8248870.
Wu X. W., Shu N. Q., Li H. T., Li L. Contact temperature prediction in three-phase gas-insulated bus bars with the finite-element method. IEEE Transactions on Magnetics. 2014, vol. 50, no. 2, pp. 277–280. doi: https://www.doi.org/10.1109/TMAG.2013.2282033.
Plyugin V. E. Chislennoe modelirovanie elektromagnitnogo polya asinkhronnogo dvigatelya s vneshnim massivnym rotorom [Numerical modelling of the electromagnetic field of an asynchronous motor with external solid rotor]. Bulletin of the National Technical University "KhPI": a collection of scientific papers. Thematic issue: Problems of the Improvement of Electrical Machines and Apparatuses. 2013, no. 51 (1024), pp. 66–75.
Wilow V. Electromagnetical model of an induction motor in COMSOL Multiphysics. Master’s thesis. KTH University, Sweden. 2014. 41 p.
Zenkevich O., Morgan K. Konechnye elementy i approksimatsiya [Finite elements and approximation]. Moscow, Mir Publ., 1986. 318 p.
He G., Huang Z., Chen D. Two-Dimensional Field Analysis on Electromagnetic Vibration-and-Noise Sources in Permanent-Magnet Direct Current Commutator Motors. IEEE Transactions on Magnetics. 2011, vol. 47, no. 4, pp. 787–794. doi: https://www.doi.org/10.1109/TMAG.2010.2103382.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2021 Юлія Сергіївна Безверхня, Михайло Ігорович Коцур, Дмитро Сергійович Яримбаш, Ігор Михайлович Коцур