Дослідження розподілу гармонічних компонентів потужності в силовій схемі динамічного відновлювача напруги

Purpose. Investigation of the distribution of harmonic power components in the power circuit of a dynamic voltage restorer. Methodology. On the basis of the differential equations of the power circuit of a dynamic restorer, a search for the relationship between the mode parameters and the parameters of the circuit elements is performed. On the basis of the obtained expressions, a model of a dynamic voltage regulator was created using the methods of mathematical modeling in the visual programming environment.. Findings. The equations that reflect the relationship between the mode parameters of a dynamic voltage restorer and the parameters of circuit elements are obtained. As a result of modeling the mode with different harmonic composition of current and voltage, the following features of the distribution of instantaneous power components are revealed. Originality. It has been established that the presence of different current and voltage harmonics acting in the transformer of a dynamic restorer causes additional power harmonics that are transformed in the windings. It is noted that the low-frequency power harmonics of the LC filter dominate on the capacitor, which is connected in parallel to the transformer winding, while the level of high-frequency components caused by PWM modulation for the capacitor and the filter choke differ slightly. The zero-frequency power component of the storage capacitor corresponds to a tripled zero-time power component at the output of the converter, which is due to its operation in three phases. This cannot be extended to the second and third harmonics of the powers of the converter and the capacitor; these components are absent in the latter, which is due to energy exchange processes between the phases of the converter. Practical value. Using the obtained expressions, the principle of determining the parameters of the elements of the power circuit of a dynamic voltage restorer, in particular, the storage elements, is formulated.Мета роботи. Дослідження розподілу гармонічних компонентів потужності в силовій схемі динамічного відновлювача напруги. Методи дослідження. На підставі диференційних рівнянь кіл силової схеми динамічного відновлювача виконано пошук зв'язку параметрів режиму з параметрами елементів схеми. На основі отриманих виразів використовуючи методи математичного моделювання в середовищі візуального програмування створено модель динамічного відновлювача напруги. Отримані результати. Отримані рівняння, які відбивають зв'язок параметрів режимудинамічного відновлювача напруги з параметрами елементів схеми. В результаті моделювання режиму з різним гармонійним складом струму та напруги виявлені особливості розподілу компонентів миттєвої потужності. Наукова новизна. Встановлено, що наявність різних гармонік струму та напруги, які діють в трансформаторі динамічного відновлювача, викликає додаткові гармоніки потужності, які трансформуються в обмотках. Відмічено, що низькочастотні гармоніки потужності LC-фільтра домінують на конденсаторі, який паралельно підключений до обмотки трансформатора, в той же час рівень високочастотних складових, зумовлених ШІМ-модуляцією, для конденсатора і дроселя фільтра відрізняються незначно. Компонента потужності нульової частоти накопичуючого конденсатора відповідає потроєній комопоненті потужності нульової частоти на виході преретворювача, що зумовлено його роботою на три фази. Це не можна повсюдити на другу та третю гармоніки потужностей перетворювача та конденсатора, в останньому ці складові відсутні, що зумовлено енергообмінними процесами між фазами перетворювача. Практична цінність. За допомогою отриманих виразів сформульовано принцип визначення параметрів елементів силової схеми динамічного відновлювача напруги, зокрема накопичувальних елементів

Дослідження впливу потужності спотворення струму вторинної обмотки трансформатора на рівень втрат в ньому з використанням методу планування експерименту

Purpose. Detection the relationship between the level of losses of a three-phase transformer and the power of distortion caused by current harmonics.. Methodology. During the research, the methods of determining power losses and additional losses in the elements of the electrical system from higher current and voltage harmonics, the visual programming method, the experiment planning method, and the orthogonal central composite plan method were used. Findings. An analysis of the indicators characterizing voltage and current distortions was carried out, and it was found that these distortions are most fully characterized by the current distortion power and voltage distortion power. These indicators are used to analyze the transmission of electric energy by a transformer of a traction substation. It is noted that the order of harmonics in the distortion power is not eliminated, and higher harmonics are taken into account by the corresponding effective current of higher harmonics. The specifics of the transformer secondary winding connections to the consumer, namely the grounding of one of the secondary winding phases, were taken into account. A number of combinations of current harmonics were used to simulate current distortions. The experiment was carried out using the planning method. The coefficients of the quadratic regression equation that relates power losses to the level of load current harmonics of the third, fifth, and seventh orders are obtaine To determine the significance of the obtained coefficients of the regression equation, the variances and the corresponding values of the Student's criterion were calculated, as a result, factors that do not affect the process and can be excluded from the regression equation were identified. The adequacy of the obtained regression equation was checked by Fisher's criterion. The analysis of the effects and their interaction showed that the standard error of the sample does not exceed 1.66%. As a result of analyzing the combinations of current harmonics that were set during the experiment, it was noted that some of them lead to the same effective phase current, while the power of current distortion is different. The greatest significance of the level of the third harmonic of the current is determined. The constant level of active power on the high voltage side of the transformer is noted, which is due to the absence of voltage distortions on it. Originality. Cases of combinations of current harmonic levels at which the current distortion power index remains unchanged, while the level of transformer power losses caused by current harmonics changes, have been identified. Practical value. This research can be used to assess and reduce the level of power losses in a transformer by filtering certain current harmonics.Мета роботи. Виявлення зв’язку рівня втрат трифазного трансформатора з потужністю спотворення викликаної гармоніками струму. Методи дослідження. Під час проведення дослідження використано методи визначення втрат потужності та додаткових втрат в елементах електричної системи від вищих гармонік струму і напруги, метод візуального програмування, метод планування експерименту та метод ортогонального центрального композиційного плану. Отримані результати. Проведено аналіз показників які характеризують спотворення напруги та струму, виявлено, що найбільш повно зазначені спотворення характеризують потужність спотворень струму та потужність спотворень напруги. Зазначені показники використані під час аналізу передачі електричної енергії трансформатором тягової підстанції. Відзначено, що порядок гармонік в потужності спотворення невілюється, а вищі гармоніки враховуються відповідним ефективним струмом вищих гармонік. Враховано специфіку приєднань вторинної обмотки трансформатора до споживача, а саме заземлення однієї з фаз вторинної обмотки. Для імітації спотворень струму використаний ряд комбінацій гармонік струму. Методом планування експериментом виконано ланку досліджень. Отримано коефіцієнти квадратичного рівняння регресії, яке пов’язує втрати потужності з рівнем гармонік струму навантаження третього, п’ятого та сьомого порядків. Для визначення значущості отриманих коефіцієнтів рівняння регресії розраховано дисперсії та відповідні значення критерії Ст’юдента, в результаті визначені фактори які не впливають на процес та можуть бути виключені з рівняння регресії. Адекватність отриманого рівняння регресії перевірено за критерієм Фішера. Аналіз ефектів та їх взаємодії показав що стандартна помилка вибірки не перевищує 1,66 %. В результаті аналізу комбінацій гармонік струму, які задавалися в ході експерименту, відмічено що деякі з них призводять до одного й того же діючого струму фаз, при цьому потужність спотворень струму виявляється різною. Визначено найбільшу значимість рівня третьої гармоніки струму. Відзначено постійний рівень активної потужності на стороні високої напруги трансформатора, що зумовлено відсутністю спотворень напруги на ній. Наукова новизна. Виявлено випадки комбінацій рівнів гармонік струму при яких показник потужності спотворення струму залишається незмінним, при цьому змінюється рівень втрат потужності трансформатора, який зумовлений гармоніками струму. Практична цінність. Дані дослідження можливо застосувати для оцінки та зменшення рівня втрат потужності в трансформаторі шляхом фільтрації певних гармонік струму

Електрична схема управління електродвигуном на igbt-транзисторах

Purpose. Development and analysis of the operation of an electrical circuit for controlling a 700 W direct current electric motor using a contactor on IGBT transistors for operation in diesel locomotives. Methodology. Analytical and computational methods for developing and analyzing the operation of an electrical circuit using a contactor on IGBT transistors. Findings. An electrical circuit for controlling a 700 W DC motor using IGBT transistors was developed. The circuit allows you to replace electromagnetic contactors with IGBT transistors to improve the technical characteristics and performance of the electric motor. The use of IGBT transistors allows you to avoid burning of contact groups in comparison with an electromagnetic contactor. A graphical analysis of the transient processes during switching on and off of the electric motor using a circuit based on IGBT transistors was carried out. The analysis of the load characteristic of the electric motor at start-up shows that in the initial section the voltage increases according to a linear law. After the initial increase in voltage, it reaches the set value and the electric motor operates in the operating mode. The analysis of the load characteristics of the electric motor when it is turned off shows, that when the power is turned off, the motor can’t stop immediately, as the phenomenon of self-induction occurs. When the external voltage is turned off, its change on the electric motor occurs according to the exponential law. It is shown that for controlling the operation of the electric motor, it is more appropriate to use an electric circuit based on IGBT transistors, which provides conditions for more stable and safe operation of the electric motor. Using the electrical circuit allows you to find quickly malfunctions for their further elimination. The electrical circuit allows you to avoid physical wear of its electrical elements. Originality.  An electrical circuit for controlling an electric motor based on modern electronic components has been developed, which allows the use of IGBT transistors instead of electromagnetic contactors. On the basis of the analytical and calculation method and graphical analysis, the expediency of using IGBT transistors instead of electromagnetic contactors has been proven. Practical value.  The developed electrical circuit can be applied to control a 700 W direct current electric motor for operation in diesel locomotives. The proposed electrical circuit allows to increase the mobility of repairs in the event of a malfunction by replacing the corresponding unit.Мета роботи. Розробка і аналіз роботи електричної схеми для керування електродвигуном постійного струму на 700 Вт  із застосуванням контактора на IGBT-транзисторах для роботи у тепловозах. Методи дослідження. Аналітико-розрахункові методи для розробки і аналізу роботи електричної схеми із застосуванням контактора на IGBT-транзисторах. Отримані результати. Розроблена електрична схема керування електродвигуна постійного струму на 700 Вт із застосуванням IGBT-транзисторів. Схема дозволяє  замінити електромагнітні контактори на IGBT-транзистори для покращення технічних характеристик та продуктивності роботи електродвигуна. Застосування  IGBT-транзисторів дозволяє уникнути підгоряння контактних груп в порівнянні з електромагнітним контактором. Проведено графічний аналіз перехідних процесів  при вмиканні і вимиканні електродвигуна із застосуванням схеми на  IGBT-транзисторах.  Аналіз навантажувальної характеристики електродвигуна при вмиканні показує, що на початковій ділянці зростання напруги відбувається за лінійним законом. Після початкового зростання напруги відбувається вихід його на задане значення і робота електродвигуна проходить у робочому режимі.  Аналіз навантажувальної характеристики електродвигуна при вимиканні показує, що при відключенні живлення, двигун одразу зупиниться не може, так як має місце явище самоіндукції. При вимиканні зовнішньої напруги її зміна на електродвигуні відбувається за експоненціальним законом. Показано, що для керування роботою електродвигуна більш доцільно використання електричної схеми на  IGBT-транзисторах, що забезпечує умови більш стабільної та безпечної роботи електродвигуна. Застосування електричної схеми дозволяє швидко знайти несправності для подальшого їх усунення. Електрична схема дозволяє уникнути фізичного зносу її електричних елементів.  Наукова новизна. Розроблена електрична схема для керування електродвигуном на сучасних електронних компонентах, яка дозволяє застосувати IGBT-транзистори замість електромагнітних контакторів. На підставі аналітико-розрахункового методу і графічного аналізу доведено доцільність використання IGBT-транзисторів замість електромагнітних контакторів. Практична цінність. Розроблена електрична схема може бути застосована для керування електродвигуном постійного струму на 700 Вт  для роботи в тепловозах. Запропонована електрична схема дозволяє збільшити мобільність ремонту в разі несправності шляхом заміни відповідного блоку

Система підтримки прийняття рішень для управління портфелями проєктів енергозбереження на енергоємних підприємствах

Purpose. Development of a software complex based on decision-making methods for managing a portfolio of energy-saving projects at energy-intensive enterprises. Methodology. To solve the problem of managing project portfolios, Markowitz's portfolio theory of financial investments was chosen, which allows for the most profitable distribution of portfolio risk and performing income assessment using optimization methods. In combination with this theory, it was determined to use the methods of finding the maximum Sharpe ratio, as well as the minimum volatility based on a data package of randomly generated portfolios. Findings. As a result of the work performed, a software system was developed, which has in its functionality the automatic download of a data package of selected shares for the specified period of time from the electronic resource, generates a random portfolio and performs its optimization by maximizing the Sharpe ratio and minimizing the volatility of the portfolio. Also, the program has the ability to display the results of optimization of the generated portfolio in the form of tables and graphs. The decision support system for managing portfolios of energy-saving projects was considered through its generalization to methods of optimizing investment portfolios, but taking into account the specifics of the subject area. The software complex was tested on a data set of share prices in energy-intensive enterprises. Graphical data and tables obtained as a result of system operation allow the program user to evaluate fully the created energy saving project portfolio. Originality.  The developed software system combines right away several methods, namely: methods of optimizing an investment portfolio according to Markowitz's portfolio theory, methods of finding the maximum Sharpe ratio and methods of finding minimum volatility. This solution allows you to use the system to solve a wide range of tasks. Practical value. The completed development makes it possible to optimize conveniently the investment portfolios for various assets, which makes it possible to use the development of energy saving project portfolio management in energy-intensive enterprises. Also, the system can serve as a basis for such developments.Мета роботи. Розробка програмного комплексу, що базується на методах прийняття рішень для управління портфелями проєктів енергозбереження на енергоємних підприємствах. Методи дослідження. Для вирішення проблеми управління портфелями проєктів була обрана портфельна теорія фінансових інвестицій Марковіца, яка дозволяє здійснити найбільш вигідний розподіл ризику портфелю та виконати оцінювання прибутку за допомогою методів оптимізації. В поєднанні з даною теорією було вирішено використовувати методи пошуку максимального коефіцієнта Шарпа, а також мінімальної волатильності за пакетом даних випадково згенерованих портфелів. Отримані результати. В результаті виконаної роботи було розроблено програмну систему, яка має у своєму функціоналі автоматичне завантаження пакету даних обраних акцій за вказаний період часу з електронного ресурсу, генерує випадковий портфель та виконує його оптимізацію за допомогою максимізації коефіцієнту Шарпа та мінімізації волатильності портфелю. Також програма має можливість відображати результати оптимізації згенерованого портфелю у вигляді таблиць та графіків. Система підтримки прийняття рішень для управління портфелями проєктів енергозбереження була розглянута через її узагальнення до методів оптимізації інвестиційних портфелів, але з врахуванням специфіки предметної області. Програмний комплекс був протестований на наборі даних цін акцій енергоємних підприємствах. Отримані в результаті роботи системи графічні дані та таблиці дозволяють користувачу програми в повному обсязі  оцінити створений портфель проєкту енергозбереження. Наукова новизна. Розроблена програмна система поєднує одразу декілька методів, а саме: методи оптимізації інвестиційного портфелю за портфельною теорією Марковіца, методи пошуку максимального коефіцієнта Шарпа та методи знаходження мінімальної волатильності. Дане рішення дозволяє використовувати систему для розв’язання широкого спектру завдань. Практична цінність. Виконана розробка дозволяє зручно виконувати оптимізацію інвестиційних портфелів для різноманітних активів, що дає змогу використовувати розробку для управління портфелями проєктів енергозбереження на енергоємних підприємствах. Також, система може бути основою для подібних розробок.Мета роботи. Розробка програмного комплексу, що базується на методах прийняття рішень для управління портфелями проєктів енергозбереження на енергоємних підприємствах. Методи дослідження. Для вирішення проблеми управління портфелями проєктів була обрана портфельна теорія фінансових інвестицій Марковіца, яка дозволяє здійснити найбільш вигідний розподіл ризику портфелю та виконати оцінювання прибутку за допомогою методів оптимізації. В поєднанні з даною теорією було вирішено використовувати методи пошуку максимального коефіцієнта Шарпа, а також мінімальної волатильності за пакетом даних випадково згенерованих портфелів. Отримані результати. В результаті виконаної роботи було розроблено програмну систему, яка має у своєму функціоналі автоматичне завантаження пакету даних обраних акцій за вказаний період часу з електронного ресурсу, генерує випадковий портфель та виконує його оптимізацію за допомогою максимізації коефіцієнту Шарпа та мінімізації волатильності портфелю. Також програма має можливість відображати результати оптимізації згенерованого портфелю у вигляді таблиць та графіків. Система підтримки прийняття рішень для управління портфелями проєктів енергозбереження була розглянута через її узагальнення до методів оптимізації інвестиційних портфелів, але з врахуванням специфіки предметної області. Програмний комплекс був протестований на наборі даних цін акцій енергоємних підприємствах. Отримані в результаті роботи системи графічні дані та таблиці дозволяють користувачу програми в повному обсязі  оцінити створений портфель проєкту енергозбереження. Наукова новизна. Розроблена програмна система поєднує одразу декілька методів, а саме: методи оптимізації інвестиційного портфелю за портфельною теорією Марковіца, методи пошуку максимального коефіцієнта Шарпа та методи знаходження мінімальної волатильності. Дане рішення дозволяє використовувати систему для розв’язання широкого спектру завдань. Практична цінність. Виконана розробка дозволяє зручно виконувати оптимізацію інвестиційних портфелів для різноманітних активів, що дає змогу використовувати розробку для управління портфелями проєктів енергозбереження на енергоємних підприємствах. Також, система може бути основою для подібних розробок

Моделювання автономних інверторів напруги джерел живлення однофазних асинхронних приводів

Purpose. Development of original models of voltage inverters adapted to control a single-phase asynchronous motor with the subsequent prospect of creating automatic systems for improving the energy efficiency of household mechanisms, as well as developing educational complexes for studying the operation of frequency converters to form skills for their repair and tuning.Methodology. The provisions of the theory of electric machines, methods of synthesis of digital control systems, methods and methods of modeling in CAD electronic laboratory of the company NATIONAL INSTRUMENTS of the Multisim component, methods of circuit design were used for conducting research. Findings. Models of pulse distributors were developed and built for the cases of power supply of single-phase asynchronous motors with bridge inverters of separate and individual starting and working windings, half-bridge inverters with a bipolar power source and a three-phase inverter with control according to a 180-degree control diagram. Time diagrams of visual confirmation of the system's performance according to the declared principles have been obtained. Originality. A number of original switch diagrams of the power section of the models of impulse distributors of autonomous voltage inverters are proposed, taking into account the phase shift and the duration of the switching pauses of the switching arms of the power unit to avoid emergency modes, recommendations are given on the levels of generation frequencies that are fed to the input of the combinational circuit, the prospect of using this system as part of a single-phase asynchronous electric drive with the possibility of energy-efficient control is shown.Practical value. The proposed original model solutions for autonomous voltage inverters, which are adapted to work together with a single-phase IM, can be useful for developers of converter technology and become visual material for their use in the educational process for training specialists in specialty 141 "Electric power engineering, electrical engineering and electromechanics".Мета роботи. Розробка оригінальних моделей інверторів напруги адаптованих до управління однофазним асинхронним двигуном із подальшою перспективою побудови автоматичних систем підвищення енергоефективності побутових механізмів, а також розробки навчальних комплексів вивчення роботи перетворювачів частоти для формування навичок з їх ремонту та налагодження. Методи досліджень.  Для проведення досліджень використані положення теорії електричних машин, методи синтезу цифрових систем керування, способи та методи моделювання у  САПР електронна лабораторія компанії NATIONAL INSTRUMENTS  складової Multisim, методи схемотехнічного проектування. Отримані результати. Розроблено та побудовано моделі  розподільників імпульсів для випадків живлення однофазних асинхронних двигунів з мостовими роздільно-індивідуальними інверторами пускової та робочої обмоток, напівмостових інверторів із двополярним джерелом живленням та  трифазного інвертора із керуванням за 180 градусною діаграмою управління. Отримано часові діаграми наочного підтвердження  працездатності системи за задекларованими принципами.    Наукова новизна. Запропоновано ряд оригінальних діаграм  перемикання ключів силової ланки моделей розподільників імпульсів автономних інверторів напруги із врахуванням фазового зсуву та тривалості пауз перемикання плечей силового блоку задля уникнення аварійних режимів, надано рекомендації щодо рівнів частот генерації, які подаються на вхід комбінаційних схем, показано перспективу  використання даної системи у складі однофазного асинхронного електропривода із можливістю енергоефективного керування. Практична цінність. Запропоновані оригінальні модельні рішення автономних інверторів напруги, які адаптовані до сумісної роботи із однофазним АД, можуть бути корисними для розробників перетворювальної техніки та стати наочним матеріалом для застосування їх у навчальному процесі із підготовки фахівців спеціальності 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»

Система запобігання буксування електромобіля на основі контролера нечіткої логіки

Purpose. Development of a functional diagram of a slip prevention system, build a mathematical model, synthesize a  fuzzy regulator, simulate and confirm the system's performance. Methodology. Mathematical analysis and modeling. Findings. The structure is substantiated and the linguistic variables of the fuzzy regulator are determined. The choice of the number of terms of the input and output variables of the fuzzy controller is made, proceeding from the minimization of the number of logical processing rules. The terms of the linguistic variables of the fuzzy controller are selected in the form of the simplest triangular for the mean values of the range of their definition and trapezoidal for the limit values. Logical processing rules were developed. The choice of the fuzzy inference algorithm was made and the defuzzification parameters were determined. A computer model of the slip prevention system was built using the Fuzzy logic toolbox of the MATLAB package and was framed using 9 logic processing rules. Computer simulation of the acceleration of an electric vehicle with subsequent slipping by one and two wheels has been carried out. The system maintains the inconsistency of wheel speeds with the electric vehicle speed at a constant set level of 1.5s-1 - in accordance with the formulated identification algorithm and completely prevents excessive slipping. Originality.  The built-in phase regulator ensures minimization of the discrepancy between the speed of the wheel rotation and the linear speed of the electric vehicle, which in turn minimizes slippage and provides the maximum possible torque relative to the moment of installation. Practical value.  Computer simulation was carried out for two modes: acceleration with a collision with a surface with a reduced coefficient of adhesion (0.1) with one wheel and acceleration with a collision with a surface with a reduced coefficient of adhesion (0.1) with two wheels. The system completely prevents excessive slipping.Мета роботи. Розробка функціональної схеми системи запобігання ковзанню, побудова математичної моделі, синтез нечіткого регулятора, моделювання та підтвердження працездатності системи. Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання. Отримані результати. Обґрунтовано структуру та визначено лінгвістичні змінні фазі регулятора. Зроблено вибір кількості термів вхідних і вихідних змінних фазі регулятора, виходячи з мінімізації кількості правил логічної обробки. Здійснено вибір термів лінгвістичних змінних фазі регулятора у вигляді найпростіших трикутних для середніх значень діапазону їх визначення та трапецеїдальних для граничних значень. Розроблено правила логічної обробки. Здійснено вибір алгоритму нечіткого виведення та визначено параметри дефазифікації. Побудована комп’ютерна модель системи запобігання буксування з використанням Fuzzy logic toolbox пакета MATLAB та була побудована з використанням 9 правил логічної обробки. Проведено комп’ютерне моделювання розгону електромобіля з наступним буксуванням одним та двома колесами. Система підтримує неузгодженість швидкостей коліс зі швидкістю електромобіля на постійному заданому рівні 1,5 с-1 – відповідно до сформульованого алгоритма ідентифікації і повністю запобігає надмірному буксуванню. Наукова новизна. Побудований фазі регулятор забезпечує мінімізацію невідповідності швидкості обертання колеса лінійної швидкості руху електромобіля, що в свою чергу мінімізує пробуксовку і забезпечує максимально можливий момент, що крутить, відносно до моменту установки. Практична цінність. Комп'ютерне моделювання проводилося для двох режимів: розгін з наїздом на поверхню зі зниженим коефіцієнтом зчеплення (0,1) одним колесом та розгін з наїздом на поверхню зі зниженим коефіцієнтом зчеплення (0,1) двома колесами. Система повністю запобігає надмірному ковзанню.Мета роботи. Розробка функціональної схеми системи запобігання ковзанню, побудова математичної моделі, синтез нечіткого регулятора, моделювання та підтвердження працездатності системи. Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання. Отримані результати. Обґрунтовано структуру та визначено лінгвістичні змінні фазі регулятора. Зроблено вибір кількості термів вхідних і вихідних змінних фазі регулятора, виходячи з мінімізації кількості правил логічної обробки. Здійснено вибір термів лінгвістичних змінних фазі регулятора у вигляді найпростіших трикутних для середніх значень діапазону їх визначення та трапецеїдальних для граничних значень. Розроблено правила логічної обробки. Здійснено вибір алгоритму нечіткого виведення та визначено параметри дефазифікації. Побудована комп’ютерна модель системи запобігання буксування з використанням Fuzzy logic toolbox пакета MATLAB та була побудована з використанням 9 правил логічної обробки. Проведено комп’ютерне моделювання розгону електромобіля з наступним буксуванням одним та двома колесами. Система підтримує неузгодженість швидкостей коліс зі швидкістю електромобіля на постійному заданому рівні 1,5 с-1 – відповідно до сформульованого алгоритма ідентифікації і повністю запобігає надмірному буксуванню. Наукова новизна. Побудований фазі регулятор забезпечує мінімізацію невідповідності швидкості обертання колеса лінійної швидкості руху електромобіля, що в свою чергу мінімізує пробуксовку і забезпечує максимально можливий момент, що крутить, відносно до моменту установки. Практична цінність. Комп'ютерне моделювання проводилося для двох режимів: розгін з наїздом на поверхню зі зниженим коефіцієнтом зчеплення (0,1) одним колесом та розгін з наїздом на поверхню зі зниженим коефіцієнтом зчеплення (0,1) двома колесами. Система повністю запобігає надмірному ковзанню

Оцінка параметрів магнітного редуктора для автономної вітроустановки при зміні швидкості вітру

Purpose. To evaluate the parameters and characteristics of the magnetic gearbox at constant and variable wind speed as part of an autonomous wind power plant. Methodology. Analysis of existing methods of mathematical modeling of magnetic gearboxes. Numerical methods of mathematical modeling based on finite elements. Numerical methods of processing the obtained results. Findings. A two-dimensional field mathematical model has been developed to estimate the parameters and characteristics of the magnetic gearbox at variable and constant wind speed. With the help of the developed model, the electromagnetic field, parameters and characteristics of the magnetic gearbox were analyzed both at a constant and at a variable speed of rotation. In particular, it was found that the magnetic system of the reducer does not reach saturation, while the average values of magnetic induction in the structural elements of the reducer remain within the permissible values for the used materials and grades of steel. The obtained data on the average values of the electromagnetic moments of the outer (high-speed) rotor and the inner rotor make it possible to understand the relationship between them and their influence on the operation of the system. A conclusion was made about the uneven distribution of induction along the middle line in the air gap, which is caused by the presence of a modulator in the design of the reducer. In addition, according to the obtained results, the change in wind speed affects the speed of rotation of the magnetic gearbox and the magnitude of the electromagnetic moments of the high-speed and low-speed rotors. Such information helps to understand the dynamics of system operation under different environmental conditions. The results obtained in the study are important for further improvement of the magnetic reducer design and ensuring more efficient operation of the low-power wind turbine. They can be used to optimize the structure and increase its productivity, which will contribute to the development of wind energy and the green energy industry in general. The average value of the electromagnetic moment of the outer (high-speed) rotor is about 7.4 N∙m, while for the inner rotor the value of the electromagnetic moment is about 66 N∙m. The ratio of the moments of the outer and inner rotors is 8.92, which correlates with the reduction factor of the gear under study. Originality.  A two-dimensional field mathematical model has been developed, which takes into account the change in the parameters and characteristics of the magnetic gearbox when the wind speed changes and the random rotation speed of the wind generator rotor. Practical value.  The results of the research of the magnetic reducer for a low-power wind turbine have an important contribution to the development of wind energy, contribute to increasing the efficiency and reliability of energy production, and contribute to the creation of a more sustainable and environmentally friendly energy complex.Мета роботи. Провести оцінку параметрів та характеристик магнітного редуктора при постійній та змінній швидкості вітру у складі автономної вітроелектроустановки. Методи дослідження. Аналіз існуючих методів математичного моделювання магнітних редукторів. Чисельні методи математичного моделювання на основі скінченних елементів. Чисельні методи обробки отриманих результатів. Отримані результати. Розроблено двовимірну польову математичну модель для оцінки параметрів та характеристик магнітного редуктора при змінній та постійній швидкості вітру. За допомогою розробленої моделі проаналізовано електромагнітне поле, параметри та характеристики магнітного редуктора як при постійній, так і при змінній швидкості обертання. Зокрема, було виявлено, що магнітна система редуктора не досягає насичення, при цьому середні значення магнітної індукції в конструктивних елементах редуктора залишаються в межах допустимих значень для використовуваних матеріалів та марок сталі. Отримані дані про середні значення електромагнітних моментів зовнішнього (високошвидкісного) ротора та внутрішнього ротора дозволяють зрозуміти взаємозв'язок між ними та їх вплив на роботу системи. Зроблено висновок про нерівномірний розподіл індукції вздовж середньої лінії в повітряному проміжку, який зумовлений присутністю модулятора в конструкції редуктора. Крім того, відповідно до отриманих результатів, зміна швидкості вітру впливає на швидкість обертання магнітного редуктора та величини електромагнітних моментів високошвидкісного та низькошвидкісного роторів. Такі відомості допомагають зрозуміти динаміку роботи системи при різних умовах зовнішнього середовища. Отримані в дослідженні результати мають важливе значення для подальшого вдосконалення конструкції магнітного редуктора та забезпечення більш ефективної роботи вітроустановки малої потужності. Вони можуть бути використані для оптимізації конструкції та підвищення його продуктивності, що сприятиме розвитку вітроенергетики та зеленій енергетичній промисловості в цілому. Середнє значення електромагнітного моменту зовнішнього (високошвидкісного) ротора становить приблизно 7,4 Н∙м, тоді як для внутрішнього ротора величина електромагнітного моменту складає близько 66 Н∙м. Відношення моментів зовнішнього та внутрішнього роторів становить 8,92, що корелюється із коефіцієнтом редукції досліджуваного редуктора. Наукова новизна. Розроблено двовимірну польову математичну модель, що враховує зміну параметрів та характеристик магнітного редуктора при зміні швидкості вітру та випадкової швидкості обертання ротора вітрогенератора. Практична цінність. Результати дослідження магнітного редуктора для вітроустановки малої потужності мають важливий внесок у розвиток вітроенергетики, сприяють підвищенню ефективності та надійності виробництва енергії та сприяють створенню більш сталого та екологічно чистого енергетичного комплексу.. Ключові слова: магнітний редуктор, вітроустановка, польова математична модель, електромагнітне поле, оптимізація конструкції, вітроенергетика

Аналітичний метод розпізнавання типу дефекту маслонаповненого обладнання за результатами аналізу розчинених у маслі газів

Purpose. Development of a method for recognizing the type of defect of oil-filled equipment based on the results of the analysis of gases dissolved in oil. Methodology. Analysis of gas ratio values in oil-filled equipment with various types of defects, synthesis of a method for recognizing the type of defects.        Findings. A description of the analytical method for recognising the type of defects in oil-filled equipment based on the results of the dissolved gases analysis is given. To recognise the type of defect, the values of three ratios are used: CH4/H2, C2H4/C2H6, and C2H2/C2H4. Using these ratios, 40 different types of defects and their combinations can be recognised. These defects  correspond to 25 different ranges of gas ratios obtained as a result of gas content studies for 3715 units of oil-filled equipment The type of defect is determined by analysing the obtained gas ratio values and classifying them according to the ranges of gas ratios for each fault. In the case when the obtained ratio values correspond to several types of faults in the same range, characteristic nomograms of defects and recommendations according to the key gas method are used to clarify the type of fault. A comparative analysis of the reliability of fault type recognition using the developed method and some well-known methods for interpreting the results of dissolved in oil gases analysis was performed. Originality.  An analytical method for recognising the type of faults in oil-filled equipment of electrical networks based on the results of the dissolved gases analysis is proposed. This method differs from the existing ones in that, when using three known gas ratios, it allows recognising a larger number of defects of different types (40), including those for which the known methods do not allow establishing a diagnosis. This result is ensured by the use of 25 ranges of gas ratios obtained from the results of gas content studies for 3715 units of oil-filled equipment. Practical value. The use of the developed method for recognising the type of faults in oil-filled equipment of electrical networks allows increasing the reliability of defect recognition based on the results of dissolved gases analysis. This, in turn, makes it possible to increase the operational reliability of electric power equipment and extend the service life of this equipment.Мета роботи. Розробка методу розпізнавання типу дефекту маслонаповненого обладнання за результатами аналізу розчинених у маслі газів. Методи дослідження. Аналіз значень відношень газів в маслонаповненому обладнанні з дефектами різного типу, синтез методу для розпізнавання типу дефектів. Отримані результати. Наведено опис аналітичного методу для розпізнавання типу дефектів маслонаповненого обладнання за результатами аналізу розчинених у маслі газів. Для розпізнавання типу дефекту використовуються значення трьох відношень – СН4/Н2, С2Н4/С2Н6 і С2Н2/С2Н4. Використання цих відношень дозволяє розпізнавати 40 дефектів різного типу та їх комбінацій. Даним дефектам відповідають 25 різних діапазонів значень відношень газів, отримані в результаті досліджень вмісту газів для 3715 одиниць маслонаповненого обладнання Визначення типу дефекту відбувається шляхом аналізу отриманих значень відношень газів і їх класифікації відповідно до діапазонів значень відношень газів кожного із дефектів. У випадку, коли отримані значення відношень відповідають одразу кільком типам дефектів в одному діапазоні значень, для уточнення типу дефекту використовуються характерні номограми дефектів та рекомендації відповідно до положень методу ключового газу. Виконано порівняльний аналіз достовірності розпізнавання типу дефекту з використанням розробленого методу та деяких відомих методів інтерпретації результатів аналізу розчинених у маслі газів. Наукова новизна. Запропоновано аналітичний метод для розпізнавання типу дефектів маслонаповненого обладнання електричних мереж за результатами аналізу розчинених у маслі газів. Даний метод відрізняється від існуючих тим, що при використанні трьох відомих відношень газів він дозволяє розпізнавати більшу кількість дефектів різного типу (40), в тому числі й тих, для яких відомі методи не дозволяють встановити діагноз. Такий результат забезпечується використанням 25 діапазонів значень відношень газів, отриманих за результатами досліджень вмісту газів для 3715 одиниць маслонаповненого обладнання. Практична цінність. Використання розробленого методу для розпізнавання типу дефектів маслонаповненого обладнання електричних мереж дозволяє підвищити достовірність розпізнавання дефектів за результатами аналізу розчинених у маслі газів. Своєю чергою це дозволяє підвищити експлуатаційну надійність електроенергетичного обладнання та подовжити термін експлуатації цього обладнання

Автоматизована методика розрахунку параметрів для нетрадиційної технології теплофікаційного режиму гідроакумулюючої станції

Purpose. Justification of the rational parameters of heat pumps and heat accumulators to ensure the efficient operation of the hydro storage power plant (HSPP) in the heating mode. Development of an automated methodology for calculating rational parameters for a complex system of a hydro storage power plant operating in heating mode. Methodology. Mathematical analysis and modeling. Findings. Using the developed automated calculation method, it was analyzed and determined that passing through the heat pump the full flow of water passing through the hydro unit is impractical and ineffective, because the energy consumption in the heat pump compressor is many times higher than the consumption of the hydro unit in pumping mode, which devalues the proposed measure as an energy-saving measure. The use of a heat pump and a heat accumulator at the hydro storage power plant for hot water supply needs will save a third of conventional fuel costs compared to a boiler unit.  The developed automated technique allows to calculate the limit and rational values of design and operating parameters of the heat pump and heat accumulator, which ensure the heating mode of operation of the hydro storage power plant to meet the needs of hot water supply. Originality. An automated methodology for calculating the parameters of a complex system has been developed for the hydro storage power plant operating in heating mode. The concept of the maximum heat capacity of the hot water supply of the heat pump  is introduced. The concept of the rational heat capacity of the hot water supply of the heat pump  is introduced. In addition to the maximum heat capacity and the rational heat capacity modes, the developed method allows you to calculate all the parameters of the heat pump and heat accumulator, which provide the heating mode of the hydro storage power plant, for arbitrary values of the thermal power of hot water supply, with further comparison and analysis of the investigated modes and the selection of the most promising one. Practical value. The technology of using a heat pump and a heat accumulator to transfer the operation of the  hydro storage power plant to the heating mode (hot water supply of residential buildings) is substantiated. The possibility of saving conditional fuel when applying the proposed technology is proven.Мета роботи. Обґрунтування раціональних параметрів теплових насосів та теплових акумуляторів для забезпечення ефективної роботи ГАЕС в теплофікаційному режимі. Розробка автоматизованої методики розрахунку раціональних параметрів для комплексної системи ГАЕС, що працює в теплофікаційному режимі. Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання. Отримані результати. Використовуючи розроблену автоматизовану методику розрахунку було проаналізовано та визначено, що пропускання через тепловий насос повного потоку води, що проходить крізь гідроагрегат недоцільне та неефективне, тому що енерговитрати в компресорі теплового насосу  в рази перевищують витрати гідроагрегату в насосному режимі, що знецінює запропонований захід як енергозберігаючий.  Застосування теплового насосу та теплового акумулятора на ГАЕС для потреб гарячого водопостачання дозволить на третину зекономити витрати умовного палива у порівнянні з котельним агрегатом.  Розроблена автоматизована методика дозволяє обчислювати граничні та раціональні значення конструктивних та режимних параметрів теплового насосу та теплового акумулятору, які забезпечують теплофікаційний режим роботи ГАЕС для забезпечення потреб гарячого водопостачання. Наукова новизна. Розроблено автоматизовану методику розрахунку параметрів комплексної системи ГАЕС, що працює в теплофікаційному режимі.  Введено поняття граничної теплової потужності гарячого водопостачання теплового насосу Qгр. Введено поняття раціональної теплової потужності гарячого водопостачання теплового насосу Qрац. Крім граничного та раціонального режимів, розроблена методика дозволяє розраховувати усі параметри теплового насосу та теплового акумулятору, що забезпечують теплофікаційний режим ГАЕС, для довільних значень теплової потужності гарячого водопостачання, з подальшим порівнянням та аналізом досліджуваних режимів й вибором найбільш перспективного. Практична цінність. Обґрунтовано технологію застосування теплового насосу та теплового акумулятора для переводу функціонування ГАЕС в теплофікаційний режим (гаряче водопостачання житлових будівель). Доведено можливість економії умовного палива при застосуванні запропонованої технології

Дослідження випромінюючого модуля системи енергетичного мене-джменту будівель

Purpose. Improving the toolkit of interaction between sensors and the building control system using a triangular microstrip antenna. Methodology. Mathematical modeling by the method of finite differences in the time domain. Findings. The proposed technical solution consists in choosing the optimal design of the radiating module in the form of a triangular microstrip antenna, by means of mathematical modeling, the values of the geometric dimensions of the triangle, the thickness of the dielectric layer and the value of its dielectric constant, the overall dimensions of the radiating module, which ensure optimal coordination of the antenna with the power feeder in the form of a microstrip line. The developed computer model of the triangular microstrip antenna using the finite-difference method in the time domain allows conducting research on the parameters of this antenna that provide stable wireless communication between the system of sensors and the home automation control unit. The condition for increasing the degree of matching the impedance of the antenna and the supply line  is the choice of the method of powering the antenna. It was established that the most optimal way of feeding a triangular antenna is the method of connecting the microstrip line to the middle of the side of the triangle, compared to the way of connecting the power line to the top of the triangle. The width of the microstrip power line was optimized according to the criterion of minimizing the module of the reflection coefficient at the antenna input. A study of the degree of matching the impedance of the antenna at operating frequencies of 2,4 and 7 GHz was carried out. At a frequency of 7 GHz, the magnitude of the reflection coefficient module is -23,6776 dB. The three-dimensional and two-dimensional radiation patterns of this antenna are calculated. The radiation pattern has an almost spherical shape, that is, it allows placing the radiating module in any orientation relative to the earth's surface. This allows the triangular microstrip antenna to be used as a radiating module of the building energy management system and the smart home system. Originality. The study of the ways of feeding the triangular microstrip antenna allows to find the optimal coupling of the antenna with the power line, which ensures the formation of radiation characteristics that ensure effective interaction between the sensors and the building's energy management control system. Practical value. The radiation characteristics of a triangular microstrip antenna obtained as a result of the study make it possible to use it to organize a wireless communication channel in a 4% operating frequency band.Мета роботи. Вдосконалення інструментарію взаємодії між сенсорами та системою керування будівлі за допомогою використання трикутної мікросмужкової антени. Методи дослідження. Математичне моделювання методом кінцевих різниць у часовій області. Отримані результати. Запропоноване технічне рішення полягає у виборі оптимальної конструкції випромінюючого модулю у формі трикутної мікросмужкової антени, шляхом математичного моделювання, значень геометричних розмірів трикутника, товщини діелектричного шару та значення його діелектричної проникності, загальних розмірів випромінюючого модулю які забезпечують оптимальне узгодження антени з фідером живлення у вигляді мікросмужкової лінії. Розроблено комп'ютерну модель трикутної мікросмужкової антени методом кінцевих різниць у часовій області дозволяє провести дослідження щодо параметрів даної антени, які забезпечують стійкий бездротовий зв’язок між системою давачів (сенсорів) та блоком керування автоматизацією будинка. Умовою підвищення ступеня узгодження антени із лінією живлення вибір способу живлення антени. Встановлено, що найбільш оптимальним способом живлення трикутної антени є спосіб приєднання мікросмужкової лінії до середини сторони трикутника, у порівнянні зі способом приєднання лінії живлення до вершини трикутника. Проведено оптимізацію ширини мікросмужкової лінії живлення по критерію мінімізації модуля коефіцієнта відбиття на вході антени. Проведено дослідження ступеня узгодженості антени на робочих частотах 2,4 та 7 ГГц. На частоті 7 ГГц величина модуля коефіцієнта відбиття складає   -23,6776 дБ. Розраховані тривимірна та двовимірні діаграми спрямованості даної антени. Діаграма спрямованості має майже сферичну форму, тобто дозволяє розміщувати випромінюючий модуль у довільній орієнтації щодо земної поверхні. Це дозволяє використовувати трикутну мікросмужкову антену у якості випромінюючого модуля системи енергетичного менеджменту будівель та системи розумний дім. Наукова новизна. Дослідження способів живлення трикутної мікросмужкової антени дозволяє знайти оптимальне узгодження антени із лінією живлення, що забезпечує формування характеристик випромінювання які забезпечують ефективну взаємодію між давачами (сенсорами) та системою керування енергетичного менеджменту будівлі. Практична цінність. Отримані в результаті дослідження характеристик випромінювання трикутної мікросмужкової антени дозволяють використовувати її для організації бездротового каналу зв’язку в 4% смузі робочих частот.Мета роботи. Вдосконалення інструментарію взаємодії між сенсорами та системою керування будівлі за допомогою використання трикутної мікросмужкової антени. Методи дослідження. Математичне моделювання методом кінцевих різниць у часовій області. Отримані результати. Запропоноване технічне рішення полягає у виборі оптимальної конструкції випромінюючого модулю у формі трикутної мікросмужкової антени, шляхом математичного моделювання, значень геометричних розмірів трикутника, товщини діелектричного шару та значення його діелектричної проникності, загальних розмірів випромінюючого модулю які забезпечують оптимальне узгодження антени з фідером живлення у вигляді мікросмужкової лінії. Розроблено комп'ютерну модель трикутної мікросмужкової антени методом кінцевих різниць у часовій області дозволяє провести дослідження щодо параметрів даної антени, які забезпечують стійкий бездротовий зв’язок між системою давачів (сенсорів) та блоком керування автоматизацією будинка. Умовою підвищення ступеня узгодження антени із лінією живлення вибір способу живлення антени. Встановлено, що найбільш оптимальним способом живлення трикутної антени є спосіб приєднання мікросмужкової лінії до середини сторони трикутника, у порівнянні зі способом приєднання лінії живлення до вершини трикутника. Проведено оптимізацію ширини мікросмужкової лінії живлення по критерію мінімізації модуля коефіцієнта відбиття на вході антени. Проведено дослідження ступеня узгодженості антени на робочих частотах 2,4 та 7 ГГц. На частоті 7 ГГц величина модуля коефіцієнта відбиття складає   -23,6776 дБ. Розраховані тривимірна та двовимірні діаграми спрямованості даної антени. Діаграма спрямованості має майже сферичну форму, тобто дозволяє розміщувати випромінюючий модуль у довільній орієнтації щодо земної поверхні. Це дозволяє використовувати трикутну мікросмужкову антену у якості випромінюючого модуля системи енергетичного менеджменту будівель та системи розумний дім. Наукова новизна. Дослідження способів живлення трикутної мікросмужкової антени дозволяє знайти оптимальне узгодження антени із лінією живлення, що забезпечує формування характеристик випромінювання які забезпечують ефективну взаємодію між давачами (сенсорами) та системою керування енергетичного менеджменту будівлі. Практична цінність. Отримані в результаті дослідження характеристик випромінювання трикутної мікросмужкової антени дозволяють використовувати її для організації бездротового каналу зв’язку в 4% смузі робочих частот