Ключові слова
тролеї шинопровода
польове моделювання
струм
активний опір
реактивний опір
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. Наявні в інженерній практиці методики розрахунку параметрів та характеристик шинопроводів ґрунтуються на методах схемного моделювання. Параметри схем зазвичай визначаються основі узагальнених рівнянь. Ці рівняння отримані внаслідок низки припущень, що обмежує область їх використання. Альтернативою методикам, заснованим на емпіричних залежностях, може бути застосування методів розрахунку електричних параметрів і характеристик на основі польового моделювання. Таким чином у роботі запропонована математична двовимірна польова модель електромагнітних процесів у частотній постановці задачі, яка дозволяє з високою точністю та ефективністю чисельної реалізації проводити декомпозицію електромагнітних процесів в активних елементах тролейного шинопровода і для кожної відповідної амплітуди і частоти k-ї гармоніки струму визначати електромагнітні параметри тролейного шинопровода з урахуванням їх конструктивних особливостей, нелінійності магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, скін-ефекту, ефекту близькості, поверхневих та зовнішніх поверхневих ефектів. Виконано загальний аналіз активного та індуктивного опорів фазних тролей шинопровода залежно від їх форми, матеріалу та спектру гармонік струму. Наведено рівень несиметрії параметрів шинопроводів, що викликано ефектами близькості, поверхневими ефектами, скін-ефектами та іншими крайовими ефектами. Встановлено, що при наявності вищих гармонік струму, параметри (активний і реактивний опори) тролеїв шинопровода не залежать від амплітуди k-х гармонік струму, а залежать лише від їх частоти. Рівень несиметрії падіння напруги для всіх форм фазних тролеїв шинопровода викликано несиметрією їх параметрів. Серед досліджених L-, W-, I-, U- та X-подібних форм тролеїв шинопровода встановлено, що найбільш оптимальною формою сталевих і мідних тролеїв шинопровода є куткова форма тролеїв (L-подібна форма), при якій забезпечується найменше прирощення активного та реактивного опорів тролеїв шинопровода, викликаного дією вищих гармонік струму, а також найменший рівень їх несиметрії між фазами тролеїв шинопровода.
Посилання
S. Fedorchuk, A. Ivakhnov, O. Bulhakov and D. Danylchenko, “Optimization of Storage Systems According to the Criterion of Minimizing the Cost of Electricity for Balancing Renewable Energy Sources,” 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 2020, pp. 519–525, doi: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250155.
S. Shevchenko and D. Danylchenko, “Defeat of overhead lines transmission networks with protected wires from lightning strike,” 2015 International Young Scientists Forum on Applied Physics (YSF), 2015, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/YSF.2015.7333228.
O. Rubanenko, V. Yanovych, O. Miroshnyk and D. Danylchenko, “Hydroelectric Power Generation for Compensation Instability of Non-guaranteed Power Plants,” 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2020, pp. 52–56, doi: https://doi.org/10.1109/IEPS51250.2020.9263151.
S. Shevchenko and D. Danylchenko, “Development of the method for determining the number of direct lightning strikes in overhead lines with protected wires,” 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2017, pp. 479–482, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100293.
S. Shevchenko and D. Danylchenko, “Experimental studies of current voltage characteristics of the arrester leakage currents in the area,” 2015 International Young Scientists Forum on Applied Physics (YSF), 2015, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/YSF.2015.7333227.
F. Zare and G. F. Ledwich, “Reduced layer planar busbar for voltage source inverters,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 17, no. 4, pp. 508–516, July 2002, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.800990.
I. C. Popa, A. Dolan, D. Ghindeanu and C. Boltaşu, “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://doi.org/10.1109/SIELA.2014.6871884.
V. Shkarupylo, S. Skrupsky, A. Oliinyk, and T. Kolpakova, “Development of stratified approach to software defined networks simulation”, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 5, no. 9 (89), pp. 67–73, Oct. 2017, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110142.
Y. S. Bezverkhnia, “A voltage loss preliminary estimation in ac busbars,” Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, no. 4, pp. 73–78, Aug. 2019, doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/13.
O. Nazarova, “Computer modeling of multi-mass electromechanical systems,” in Third International Workshop on Computer Modeling and Intelligent Systems (CMIS-2020), Zaporizhzhia, Ukraine, Apr. 27–May 1, 2020, pp. 474–488.
V. Osadchyy and O. Nazarova, “Laboratory Stand for Investigation of Liquid Level Microprocessor Control Systems,” 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), 2020, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240868.
“IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems,” in IEEE Std 519-2014 (Revision of IEEE Std 519-1992), pp.1-29, 11 June 2014, doi: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2014.6826459.
D. Yarymbash, M. Kotsur, Y. Bezverkhnia, S. Yarymbash and I. Kotsur, “Parameters Determination of the Trolley Busbars by Electromagnetic Field Simulation,” 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2018, pp. 76–79, doi: https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559576.
R. Puzyr, V. Kukhar, A. Maslov, and Y. Shchipkovsky, “The Development of the Method for the Calculation of the Shaping Force in the Production of Vehicle Wheel Rims,” International Journal of Engineering & Technology, vol. 7, no. 4.3, p. 30–34, Sep. 2018, doi: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.20128.
C. Stockreiter et al., “Transfinite Element Method Using the A, υ-Potential Formulation With Edge Elements in the Frequency Domain,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 43, no. 4, pp. 1349–1352, April 2007, doi: https://doi.org/10.1109/TMAG.2006.891008.
H. Koeppl and G. Paoli, “Non-linear modeling of a broadband SLIC for ADSL-Lite-over-POTS using harmonic analysis,” 2002 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Proceedings (Cat. No.02CH37353), 2002, pp. II-II, doi: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2002.1010942.
Q. Wang, J. Liao, Y. Su, C. Lei, T. Wang, and N. Zhou, “An optimal reactive power control method for distribution network with soft normally-open points and controlled air-conditioning loads,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 103, pp. 421–430, Dec. 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.06.027.
A. Pourshafie, M. Saniei, S. S. Mortazavi, and A. Saeedian, “Optimal Compensation of Reactive Power in the Restructured Distribution Network,” International Journal of Electrical and Computer Engineering, vol. 3, no. 6, pp. 1268–1271, 2009, doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.1078468.
A. Canova and L. Giaccone, “Numerical and Analytical Modeling of Busbar Systems,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 24, no. 3, pp. 1568-1578, July 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2014270.
A. A. Fedorov, “Spravochnik energetika promyshlennykh predpriiatii. Tom 1. Elektrosnabzhenie” [Handbook of Energy Professionals for Industrial Enterprises. Volume 1: Electricity supply]. Moscow: Gosenergoizdat, 1987.
J. A. Alsayaydeh, V. Shkarupylo, M. S. Hamid, S. Skrupsky, and A. Oliinyk, “Stratified Model of the Internet of Things Infrastructure,” Journal of Engineering and Applied Science, vol. 13, no. 20, pp. 8634–8638, 2018. doi: https://doi.org/10.3923/jeasci.2018.8634.8638.
T. Kolpakova, A. Oliinyk and V. Lovkin, “Improved method of group decision making in expert systems based on competitive agents selection,” 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2017, pp. 939–943, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100388.
V. Artiukh, V. Kukhar, and E. Balalayeva, “Refinement issue of displaced volume at upsetting of cylindrical workpiece by radial dies,” MATEC Web of Conferences, vol. 224, p. 01036, 2018. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201822401036.
S. W. Park and H. Cho, “A practical study on electrical contact resistance and temperature rise at at the connections of the copper busbars in switchgears,” 2014 IEEE 60th Holm Conference on Electrical Contacts (Holm), 2014, pp. 1–7, doi: https://doi.org/10.1109/HOLM.2014.7031066.
D. Kusiak, “The magnetic field and impedances in three-phase rectangular busbars with a finite length,” Energies, vol. 12, no. 8, p. 1419, Apr. 2019, doi: https://doi.org/10.3390/en12081419.
D. Yarymbash, S. Yarymbash, T. Divchuk, M. Kotsur, I. Kylymnyk and Y. Kulanina, “Calculation of No-load Currents Using Hysteresis Loop,” 2019 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2019, pp. 122–125, doi: https://doi.org/10.1109/MEES.2019.8896366.
A. Roßkopf, E. Bär and C. Joffe, “Influence of Inner Skin- and Proximity Effects on Conduction in Litz Wires,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 10, pp. 5454–5461, Oct. 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2293847.
D. Yarymbash, M. Kotsur, S. Yarymbash and T. Divchuk, “Electromagnetic Parameters Determination of Power Transformers,” 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2018, pp. 70–75, doi: https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559573.
D. Yarymbash, M. Kotsur, S. Yarymbash and I. Kylymnyk, “An Error Estimation Of The Current Sensors Of The Automated Control System Of The Technological Process Of Graphitation,” 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2018, pp. 64–69, doi: https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559489.
M. Kotsur, D. Yarymbash, I. Kotsur and S. Yarymbash, “Determination of Stray-Load Losses from Field Current Ripple of a Synchronous Machine by Field Simulation Methods,” 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), 2020, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240812.
M. Kotsur, Y. Bezverkhnia, D. Yarymbash and I. Kotsur, “Determination of a Busbar’s Parameters by Electromagnetic Field Simulation,” 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), 2020, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240811.
O. Nazarova, V. Osadchyy and V. Brylystyi, “Research on the Influence of the Position of the Electric Vehicles Mass Center on Their Characteristics,” 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), 2020, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240824.
S. G. Karnaukh, O. E. Markov, V. V. Kukhar, and A. A. Shapoval, “Classification of steels according to their sensitivity to fracture using a synergetic model,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 119, no. 7-8, pp. 5277–5287, Jan. 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-022-08653-y.
O. H. Kurpe, V. V. Kukhar, and E. S. Klimov, “Finite-Element Simulation of Steckel Mill Rolling,” Key Engineering Materials, vol. 887, pp. 564–574, May 2021, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.887.564.
B. Zidarič and D. Miljavec, “A new ferromagnetic hysteresis model for soft magnetic composite materials,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 323, no. 1, pp. 67–71, Jan. 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.08.031.
D. Yarymbash, M. Kotsur, S. Yarymbash and I. Kylymnyk, “An Accuracy Enhancement of Parameters Calculation Of The Jiles-Atherton Model,” 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), 2020, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240843.
M. Kotsur, D. Yarymbash, I. Kotsur and S. Yarymbash, “An Inductance Determination of a Synchronous Machine with Combined Armature Winding by Field Simulation Methods,” 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), 2020, pp. 117–122, doi: https://doi.org/10.1109/TCSET49122.2020.235405.
M. Kotsur, Y. Yarymbash, D. Bezverkhnya, and I. Kotsur, “Accuracy Improvement for the Determination of Parameters and Voltage Drops in Busbars, Considering the Networks Power Factor,” Problems of the Regional Energetics, no. 3(51), pp. 37–52, Aug. 2021, doi: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.04.
M. Kotsur, D. Yarymbash, I. Kotsur, and S. Yarymbash, “Improving efficiency in determining the inductance for the active part of an electric machine's armature by methods of field modeling,” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 6, 5 (102), pp. 39–47, Nov. 2019, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185136.
D. Yarymbash, M. Kotsur, S. Yarymbash, I. Kylymnyk and T. Divchuk, “Electromagnetic Properties Determination Of Electrical Steels,” 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), 2020, pp. 185–189, doi: https://doi.org/10.1109/TCSET49122.2020.235419.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2022 Yuliia Sergiivna Bezverkhnia, Mykhailo Igorovych Kotsur, Dmytro Serhiiovych Yarymbash, Igor Mykhailovych Kotsur