Комплексна оцінка якості ламінованих осердь електричних машин високочастотним індукційно-вібраційним методом

In this work, the problem of assessing the quality of active parts of electric machines, in particular charged magnetic conductors, is considered. The essential diagnostic indicators of the actual state of the recruitment core were determined, namely specific losses during remagnetization and weakening of package pressing, which are associated with increased losses, decreased efficiency, violation of the thermal regime, etc. induction-measuring module for determining the level of inter-sheet insulation breakdown and the growth of losses in the core. It is recommended when loosening for small-sized magnetic conductors, impregnation of the weakened area with adhesive varnish and subsequent drying with a compressed core. Also, for cores of a small diameter, between the pressure washer and the extreme sheets of the core, drive textolite wedges every 2...4 teeth. When the pressing of the cores of large electric machines, in which the pressing is carried out by tension pins, is weakened, the pins are tightened. A two-dimensional field mathematical model of a charged magnetic core package was developed in order to estimate the distribution of the electromagnetic field and eddy currents and losses at different frequencies from 50 Hz to 10 kHz. It is proposed to use the analysis of the transient process when the magnetic flux changes in the magnetic circuit. To simplify the measuring scheme, it is proposed to use the process of switching the current in the excitation winding. With the help of the developed model, the calculation of transient modes was carried out on the example of the studied magnetic circuit. As an object of research, a mock-up of a stacked magnetic core was used, which is a set package of magnetic steel sheets used in magnetic cores of dry transformers of small and medium power. In order to combine the two methods, an installation was developed that allows checking the quality of pressing and the quality of inter-sheet insulation at the same time.В даній роботі розглянуто проблему оцінки якості активних частин електричних машин, зокрема шихтованих магнітопроводів. Визначено суттєві діагностичні показники фактичного стану набірного сердечника, а саме питомі втрати при перемагнічуванні та ослаблення пресування пакета, пов'язані з підвищенням втрат обумовлених дефектами міжлистової ізоляції, зниженням ККД, порушенням теплового режиму та ін. Запропоновано індукційно-вимірювальний модуль для визначення рівня порушення міжлистової ізоляції та зростання втрат у сердечнику. Рекомендується при розпушуванні для магнітопроводів невеликого розміру просочування клейким лаком ослабленої області та подальше сушіння при стиснутому сердечнику. Також для сердечників невеликого діаметру між натискною шайбою та крайніми листами сердечника через кожні 2...4 зубці забити текстолітові клини. При ослабленні пресування сердечників великих електричних машин, у яких пресування здійснюється стяжними шпильками, виконують підтяжку шпильок. Розроблено двовимірну польову математичну модель пакету шихтованого магнітного осердя з метою оцінки розподілу електромагніт ного поля та вихрових струмів та втрат при різній частоті від 50 Гц до 10 кГц. Запропоновано використати аналіз перехідного процесу при зміні магнітного потоку в магнітопроводі. Для спрощення вимірювальної схеми запропоновано використовувати процес комутації струму в обмотці збудження. За допомогою розробленої моделі проведено розрахунок перехідних режимів на прикладі досліджуваного магнітопроводу. Як об'єкт дослідження використовувався макет шихтованого магнітопроводу, що являє собою набірний пакет листів магнітної сталі, що застосовується в магнітопроводах сухих трансформаторів малої та середньої потужності. Для того, щоб поєднати два методи, була розроблена установка, яка дозволяє одночасно перевіряти якість пресування та якість міжлистової ізоляції

Порівняння методів моніторингу ожеледі високовольтних ліній електропередачі та огляд вимірювальної апаратури, що використовується для діагностики таких ліній

The low structural reliability of overhead lines, due to continuous climatic influence, becomes the cause of electrical network accidents and unreliable power supply. Ensuring the trouble-free operation of overhead lines is a complex task, the solution of which is of the utmost importance for the normal functioning of the entire infrastructure. In the autumn-winter period, difficult weather conditions almost completely exclude the quick completion of repair works. A fairly large share of accidents occurs during the formation of icy deposits on wires and lightning protection cables. Today, visual inspections of high-voltage power lines remain the main way of diagnosing icy deposits. In practice, it is necessary to equip overhead lines with ice load telemetry devices, which will allow monitoring the formation of ice deposits on wires in real time. The following diagnostic methods are used in modern ice monitoring devices: strainometric, fiber-optic, aerodynamic, locational, and instrumental-parametric. The tensiometric method of diagnosis is implemented by means of direct measurement of the icy load on the wire with subsequent comparison of the measured values with predetermined values of the threshold loads. To implement this diagnostic method, magnetoelastic force measuring sensors are used. Such a sensor is connected between the traverse of the U-shaped support and the upper end of the corresponding garland of insulators with a phase wire. Ice, wind and ice-wind loads are measured separately. This method has a limited scope of application, namely for diagnosing the formation of ice on the phase wires of intermediate spans of single-circuit lines with two-post U-shaped resistances. The fiber-optic method of strain gauge measurements is implemented in object control systems under difficult operating conditions, at nuclear power plants. The mechanical effort sensor (fiber-optic strain sensor) implements the fiber-optic method of strain measurement. Fiber-optic strain sensors are characterized by high accuracy due to resistance to interference and complexity of execution.Низька конструкційна надійність повітряних ліній, обумовлена безперервним кліматичним впливом, стає причиною аварій електричних мереж та ненадійного електропостачання. Забезпечення безаварійної експлуатації повітряних ліній є складним завданням, вирішення якого має найважливіше значення для нормального функціонування всієї інфраструктури. В осінньо-зимовий період складні метеорологічні умови практично повністю виключають швидке завершення ремонтних робіт. Досить велика частка аварій виникає при формуванні намерзлої криги на проводах та грозозахисних тросах. На сьогодні основним способом діагностики  намерзлої криги залишаються візуальні огляди високовольтних ліній електропередачі. Необхідно на практиці застосовувати оснащення повітряних ліній пристроями телеметрії крижаних навантажень, що дозволить в режимі реального часу контролювати формування криги на проводах. У сучасних пристроях для моніторингу ожеледі використовуються наступні методи діагностики: тензометричний, волоконно-оптичний, аеродинамічний, локаційний та інструментально-параметричний. Тензометричний метод діагностики реалізується за допомогою прямого виміру крижаного навантаження на провід з подальшим порівнянням виміряних величин з наперед заданими значеннями порогових навантажень. Для реалізації цього методу діагностики застосовують магнето-пружні сило-вимірювальні датчики. Такий датчик під’єднаний між траверсою П-подібної опори і верхнім кінцем відповідної гірлянди ізоляторів з фазним проводом. Окремо проводять вимірювання крижаного, вітрового та крижано-вітрового навантажень. Цей метод має обмежену сферу застосування, а саме для діагностики утворення ожеледі на фазних проводах проміжних прольотів одно-ланцюгових ліній з двостійковими П-подібними опорами. В системах контролю об’єктів у важких умовах експлуатації, на атомних електростанціях реалізується волоконно-оптичний метод тензометричних вимірювань. Датчик механічного зусилля (волоконно-оптичний датчик деформації) реалізує волоконно-оптичний метод тензометричних вимірювань. Волоконно-оптичні датчики деформації відрізняються високою точністю через стійкість до перешкод та складністю виконанн

Розрахунки статичних та динамічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача середніх напруг в процесі вмикання

An important direction of theoretical research of modern electrical devices, medium voltage switches and contactors is the study of mechanical processes that occur during their operation. First of all, this is due to sufficiently large forces and accelerations acting on the structural elements and the synchronizing shaft of such devices in the process of switching on. In the article, on the basis of developed mathematical models, calculations of mechanical processes in the synchronizing shaft of a vacuum switch in static and dynamic mode for an absolutely rigid and real shaft are performed and their comparative analysis is carried out. The results of computer modeling are obtained in tabular and graphical forms, which include data on static and dynamic deformations of the shaft, as well as mechanical forces in its supports. It is shown that the mechanical deformation of the shaft causes a decrease in contact drop and contact pressure forces, but with a correctly selected cross-section of the synchronizing shaft, these values slightly affect the operation of the switch itself (the decrease is about 20% and 7%, respectively). It is also shown that as a result of the bending of the shaft, additional axial forces appear in the supports compared to the simplified calculation, which significantly affect the choice of bearings according to the equivalent static load. The calculated dynamic forces, taking into account the masses of contacts and contact rods, exceed similar static forces by 1.3 times, which must also be taken into account when choosing bearings in which the synchronizing shaft is held.Важливим напрямком теоретичних досліджень сучасних електричних апаратів, вимикачів та контакторів середніх напруг, є дослідження механічних процесів, які виникають в процесі їх роботи. В першу чергу це пов’язано з достатньо великими зусиллями та прискореннями, що діють на елементи конструкції та синхронізуючий вал таких апаратів в процесі вмикання. У статті на підставі розроблених математичних моделей виконано розрахунки механічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача в статичному та динамічному режимі для абсолютно жорсткого та реального валу та проведено їхній порівняльний аналіз. Результати комп‘ютерного моделювання отримані у табличній та графічній формах в яких наведені дані о статичних та динамічних деформаціях валу, а також механічних зусиллях в його опорах. Показано, що механічна деформація валу викликає зменшення провалу контактів і сил контактного натискання, але при правильно обраному поперечному перетину синхронізуючого валу ці значення незначним чином впливають на роботу самого вимикача (зменшення складає близько 20% і 7% відповідно). Також показано, що в результаті вигину валу в опорах з'являються додаткові осьові зусилля у порівнянні зі спрощеним розрахунком, які істотно впливають на вибір підшипників по еквівалентному статичному навантаженню. Розраховані динамічні зусилля з урахуванням мас контактів та контактних тяг перевищують аналогічні статичні зусилля в 1,3 рази, що також потрібно враховувати при виборі підшипників в яких утримується синхронізуючий вал

Покращення однорідності магнітного поля всередині короткого соленоїда системою торцевих обмоток

Improving the level of homogeneity of the magnetic field in the middle of the working volume of a short solenoid makes it possible to improve devices for demagnetizing technical objects and studying the magnetic properties of materials. One of the means of increasing the level of homogeneity of the magnetic field in the middle of the solenoid is to approximate the shape of its winding to the closed surface. The use of a system of a solenoid and two end axisymmetric current windings with a common current source is proposed as such a surface. A mathematical model of the scalar potential of the magnetic field of such a system was built using spherical harmonic analysis, and functional dependences of the current density on each surface were obtained for its first harmonic, which is the dipole component of the magnetic field. Formulas for calculating the number of turns in the end windings and the geometric parameters of their arrangement and the simulated total magnetic field inside the proposed system are obtained. A comparative analysis of the homogeneity of the magnetic field created by a separate solenoid and a solenoid with end windings, depending on the geometry of the system, was conducted. The use of end windings significantly improves the uniformity of the magnetic field near the ends, especially on the axis of the solenoid. Due to this, the efficiency of the end windings significantly depends on the solenoid elongation indicator and allows you to increase the working volume by 5-20%, depending on this indicator. The proposed system makes it possible to obtain a magnetic field with a maximum deviation of 5% from uniformity for a solenoid elongation index of 2. As the elongation increases, the efficiency of the end windings decreases and for systems with an elongation of 10 or more, their use becomes impractical. The results of the analysis testify to the effectiveness of using the proposed system in devices for demagnetizing technical products that differ in a small indicator of the elongation of the working solenoid - primarily devices that create a uniform magnetic field with an amplitude decreasing over time of 240 A/m and are used in particular to remove soft residual magnetization from elements of space vehiclesПокращення рівня однорідності магнітного поля в середині робочого об’єму короткого соленоїда дозволяє вдосконалити пристрої для розмагнічування технічних об’єктів та дослідження магнітних властивостей матеріалів. Одним із засобів підвищення рівня однорідності магнітного поля в середині соленоїда є наближення форми його обмотки до замкненої поверхні. У якості такої поверхні запропоновано використання системи з соленоїда та двох торцевих осесиметричних токових обмоток зі спільним джерелом струму. Побудовано математичну модель скалярного потенціалу магнітного поля такої системи за допомогою сферичного гармонічного аналізу і отримано функціональні залежності густини струму на кожній поверхні для його першої гармоніки, яка є дипольною складовою магнітного поля. Отримані формули для розрахунку кількості витків в торцевих обмотках та геометричних параметрів їх укладки та змодельоване сумарне магнітне поле усередині запропонованої системи. Проведено порівняльний аналіз однорідності магнітного поля, створюваного соленоїдом окремо та соленоїдом з торцевими обмотками, в залежності від геометрії системи. Використання торцевих обмоток суттєво покращує однорідність магнітного поля поблизу торців, особливо на вісі соленоїда. Через це ефективність застосування торцевих обмоток суттєво залежить від показника подовження соленоїда і дозволяє збільшити робочий об’єм на 5-20%, в залежності від цього показника. Запропонована система дозволяє отримати магнітне поле з максимальним відхиленням 5% від однорідності для показника подовження соленоїда 2. Зі збільшенням подовження ефективність торцевих обмоток знижується і для систем із подовженням 10 і більше їх використання стає недоцільним. Результати аналізу свідчать про ефективність використання запропонованої системи в пристроях для розмагнічування технічних виробів, що відрізняються невеликим показником подовження робочого соленоїда – насамперед пристроїв, які створюють однорідне магнітне поле зі спадаючою у часі амплітудою 240 А/м і використовуються зокрема для зняття м'якого залишкового намагнічування з елементів космічних апараті

Технологічна витяжка – фактор впливу на механічні властивості захисних покривів з безгалогенних полімерів у кабельних виробах

With the introduction into highly filled halogen-free plastics production, the mechanical strength of which in operation directly depends on the flame retardant content and application technology, it becomes important to control the cable sheath mechanical characteristics in a fireproof design. Polymeric materials and their compositions are viscoelastic materials for which the mechanical properties depend on the technological process of extrusion. The results of estimating the elongation at break of samples from the uniaxial stretching.  It is shown that the inner and outer layers of the halogen-free plastic cable sheath have significantly different values of the plasticity normative parameter: differences evidence in the polymer structure in the inner and outer layers of the sheath due to the forced deformation process during extrusion, which is forced polymer structure orientation. It is shown that the inner and outer layers of the halogen-free plastic cable sheath have significantly different values of the relative change in specific mass of polymer samples. Analysis of the statistical covariance of the relative elongation at break and of the relative change in specific mass of polymer samples different in structure similar filled halogen-free polymers. With the introduction into highly filled halogen-free plastics application technology, it becomes important to control the cable sheath mechanical characteristics in fireproof design for the inner and outer layersМеханічна міцність високо наповнених безгалогенних пластмас в експлуатації безпосередньо залежить від технології накладання при виготовленні кабельних виробів у пожежобезпечному виконанні. Представлено результати оцінки відносної деформації видовження при одноосному розтягуванні зразків наповнених безгалогенних пластмас, вилучених з оболонок готових кабелів при нормативних випробуваннях в умовах виробництва. Показано, що внутрішній і зовнішній шари оболонки з наповненої безгалогенної пластмаси мають суттєво різні значення нормативного параметру пластичності: свідчення відмінностей в структурі полімеру у внутрішніх і зовнішніх шарах оболонки в наслі-док технологічного процесу примусового деформування при екструзії. Наведені експериментальні залежності відносної деформації видовження при розриві (elongation at break) від товщини зразка, що свідчать про значний вплив вимушеної (примусової) орієнтації полімерної структури. Співставлення оцінок відносного розсіяння результатів вимірювань питомої маси γ і відносного видовження при розриві δ ставить питання про анізотропію пластичності готової оболонки кабелю. Одержані результати вказують на можливість руйнування оболонки з наповнених без галогенних пластмас по твірній циліндра захисного покриву в умовах експлуатації. Відповідно про необхідність впровадження додаткового контролю нормативних параметрів зразків, в напрямі нормальному до напряму примусової орієнтації, при прийнятті рішень щодо вдосконалення технології екструзі

Методика вимірювання часткових ємностей для об’єктів контролю із трьома електродами

The article is devoted to the development of a method of measuring partial capacitances between the electrically conductive structural elements of a capacitive tested object with three electrodes. The developed method involves the applying of resistive-capacitive grounding of the investigated insulation layer with subsequent gradual adjustment of the value of the auxiliary resistor, through which the investigated insulation layer is grounded, to the value at which the phase shift between the voltage on the investigated insulation layer and the auxiliary capacity will be equal to 0º. The results of the calculations showed that in this case the voltage between the electrodes depends only on the capacitive elements of the circuit, and does not depend on the electrical resistance caused by dielectric losses. After measuring the voltages on the elements of the substitution scheme followed by similar re-adjustment of the value of the auxiliary resistor, for a different value of the capacity of the auxiliary capacitor, it is possible to form a system of equations, the solution of which allows you to determine the unknown values of the partial capacities of the insulation layers. The developed method can be used to determine each partial capacitance of the object of control with three electrodes and does not require the use of 3-terminal immittance meters and the use of application-based cumulative measurement survey techniquesСтаття присвячена розробці методу вимірювання часткових ємностей між електропровідними елементами конструкції ємнісних об’єктів контролю із трьома електродами. Розроблений метод передбачає застосування резистивно-ємнісного заземлення досліджуваного шару ізоляції із наступним поступовим регулюванням величини допоміжного резистору, через який заземлено досліджуваний шар ізоляції, до значення, за якого фазовий зсув між напругою на досліджуваному шарі ізоляції та допоміжній ємності буде дорівнювати 0º. Результати проведених розрахунків показали, що в такому випадку напруга між електродами залежить лише від ємнісних елементів схеми, та не залежить від зумовлених діелектричними втратами електричних опорів. Після вимірювання напруг на елементах схеми заміщення із наступним аналогічним повторним регулюванням величини допоміжного резистору, за іншого значення ємності допоміжного конденсатору, вдається сформувати систему рівнянь, вирішення якої дозволяє визначити невідомі значення часткових ємностей шарів ізоляції. Розроблений метод може використовуватись для визначення кожної часткової ємності об’єкта контролю з трьома електродами та не вимагає застосування вимірювачів імітансу з 3 клемами та використання заснованих на застосуванні сукупних вимірювань методик обстеження

Розчеплювачі з електрогідравлічним сповільнювачем як ефективна альтернатива при захисті від струмів короткого замикання та перевантаження

It is known that circuit breakers (CBs) installed in distribution cabinets (DCs), better known as “enclosed circuit breakers”, depending on the execution, are designed for: protection against emergency states of grids: overvoltage and short circuit (s/c) or voltage drop below the permissible level (circuit breakers installed on the grid do not always provide protection against voltage reduction); protection of AC motors, as well as for combined installation with other electric devices (CBs can service by grid sections as well as separate motors if CBs are used to operate the wound-rotor motor or starting devices, they must include voltage drop protection); to be used as disconnectors for supply and trunk networks. Overcurrent protection is done by a bimetallic plate, while an electromagnetic releaser provides s/c protection. The main features inherent in this technical solution of overcurrent protection include: relative dependence on ambient temperature; inability to quickly switch on again after the CB is triggered; unstable time-current characteristics of the CB. National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” and «E.NEXT Ukraine» offers an alternative solution for the design of CB protection elements, which is an integrated overcurrent and short circuit protection at the same time in the form of a releaser with an electro – hydraulic retarder. A releaser with an electro-hydraulic retarder triggers the СB actuator, which breaks the contact group of the CB when the current exceeding the set maximum permissible value (s/c or overcurrent) is passing through electrical equipment. The main part of this releaser is an electromagnet, whose coil is connected in series with working contacts in the circuit of the operating current.Відомо, що автоматичні вимикачі (АВ), які встановлюються в розподільних шафах (РШ), більш відомі як «вимикачі закритого типу», залежно від виконання, призначені для: захист від аварійних процесів мереж: перенапруги та короткого замикання (КЗ) або падіння напруги нижче допустимого рівня (як правило, встановлені в мережі вимикачі не завжди забезпечують захист від зниження напруги); захист двигунів змінного струму, а також при комбінованому монтажі з іншими електричними пристроями (АВ можуть обслуговувати секції електромережі, а також окремі двигуни, якщо АВ використовуються для захисту двигуна з фазним ротором або пускових пристроїв, вони повинні включати захист від падіння напруги); для використання в якості роз'єднувачів магістральних мереж та мереж живлення. Захист від струму перевантаження виконується завдяки біметалевої пластини, а електромагнітний розчіплювач забезпечує захист від КЗ. Основні недоліки, що властиві цьому технічному рішенню захисту від струмів перевантаження, включають: відносна залежність від температури навколишнього середовища; неможливість швидкого повторного включення після спрацьовування АВ; нестабільні часово-струмові характеристики КП. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» та «E.NEXT Україна» пропонують альтернативне рішення для конструкції елементів захисту АВ, що є інтегрованим захистом від перевантаження та короткого замикання одночасно у вигляді роз’єднувача з електрогідравлічним сповільнювачем. Розчіплювач з електрогідравлічним сповільнювачем призводить до спрацювання механізму приводу АВ, який розмикає контактну групу АВ при проходженні через електрообладнання струму, що перевищує встановлене максимально допустиме значення (струми короткого замикання або перевантаження). Основна частина цього розчеплювача – електромагніт, котушка якого включається послідовно робочим контактам в коло робочого струму

Узагальнена модель адаптивного прогнозування режимів електроспоживання виробничих об’єктів

The article examines the methods of forecasting the electrical load of production facilities. It is shown that it is best to focus on the methods of power consumption management, which are based on the study of forecast estimates, which are the initial information for making management decisions. It is shown that the main requirements for forecasting models are fairly high accuracy of forecasting and simplicity of algorithms. It is shown that in automated power consumption management systems, due to the lack of study of the nature of the forecasted process, insufficient reliability of the source information, the most appropriate is an adaptive approach to the construction of forecasting models. Adaptive forecasting methods and, first of all, the method of exponential smoothing should be put first in terms of ease of implementation and calculation time. In the work, a generalized model of operational forecasting of electricity consumption was obtained, which is easily transformed into an exponential smoothing model and can be extended to use other (except polynomial) functions. It is shown that in relation to processes with deterministic polynomial bases, the generalized model of operational forecasting gives the same result as exponential smoothing.В статті досліджуються методи прогнозування електричного навантаження виробничих об’єктів. Показано, що найкращою є орієнтація на методи управління електроспоживанням, які засновані на дослідженні прогнозних оцінок, що становлять вихідну інформацію для прийняття рішень з управління. Показано, що основними вимогами, що пред'являються до прогнозних моделей, є досить висока точність прогнозування і простота алгоритмів. Показано, що в автоматизованих системах управління електроспоживання, внаслідок малої вивченості природи прогнозованого процесу, недостатньої достовірності вихідної інформації, найбільш доцільним є адаптивний підхід до конструювання моделей прогнозування. Адаптивні методи прогнозування і, в першу чергу, метод експоненціального згладжування слід поставити на перше місце з точки зору простоти реалізації і часу розрахунків. В роботі отримана узагальнена модель оперативного прогнозування електроспоживання, яка легко трансформується в модель експоненціального згладжування і може бути розширена для використання інших (крім поліноміальних) функцій. Показано, що стосовно до процесів з детермінованими поліноміальними основами узагальнена модель оперативного прогнозування дає той же результат, що і експоненціальне згладжування

Математичне моделювання гібридного магнітного редуктора для автономної вітроустановки малої потужності

In traditional wind turbines, a mechanical gearbox is used to transmit the torque. This device converts the low rotation speed of the wind turbine blades into the high rotation speed of the generator shaft. Mechanical gearboxes are characterized by low reliability. They consist of rotating gears, all the torque between which is transmitted through the contact of the teeth at one point, which is accompanied by friction. Magnetic multipliers are more efficient than gear reducers. They contain no wearing parts and have a relatively high torque density. The modulator transforms the magnetic field between the inner and outer rotor, due to which the speed of rotation changes. This device has a number of advantages over a mechanical gearbox - the interaction between rotating elements (torque transmission) occurs over their entire area, while the gears of mechanical gearboxes perceive all the transmitted force at one point of contact between them. Research of autonomous wind turbines built on the basis of magnetic gearboxes is a relevant direction. This will reduce operating costs, increase the efficiency of converting wind energy into electricity, and increase the reliability of the wind turbine as a whole. The purpose of the work is the development of a two-dimensional field mathematical model of a hybrid magnetic gearbox for the evaluation of its parameters and characteristics and the optimization of its geometric dimensions. A generator with a built-in magnetic multiplier is the object of this study. The magnetic multiplier during operation creates a rotating magnetic field that can be used to induce emf in the generator winding. Such a generator is more compact than a gear drive, so this option was chosen as a prototype in this study. Geometrical models of a hybrid generator with a magnetic gearbox were developed and numerical field mathematical models were developed for the analysis of its parameters and characteristics. An analysis of the electromagnetic field and characteristics of the basic generator was carried out in the COMSOL Multiphysics software complex, on the basis of which optimization of its geometric dimensions was carried out to optimize mass and dimensional indicatorsВ традиційних вітрових турбінах для передачі крутного моменту використовується механічний редуктор. Цей пристрій перетворює малу швидкість обертання лопатей вітрової турбіни у високу швидкість обертання валу генератора. Механічні коробки передач відрізняються низькою надійністю. Вони складаються з обертових шестерень, весь крутний момент між якими передається через контакт зубів в одній точці, що супроводжується тертям. Магнітні мультиплікатори ефективніші за зубчасті редуктори. Вони не містять деталей, що зношуються, і мають відносно високу щільність крутного моменту. Модулятор перетворює магнітне поле між внутрішнім і зовнішнім ротором, за рахунок чого змінюється швидкість обертання. Цей пристрій має ряд переваг перед механічною коробкою передач - взаємодія між обертовими елементами (передача крутного моменту) відбувається по всій їх площі, при цьому шестерні механічних коробок передач сприймають все передане зусилля в одній точці контакту між собою. Актуальним напрямком є дослідження автономних вітроустановок, побудованих на основі магнітних редукторів. Це дозволить знизити експлуатаційні витрати, підвищити ефективність перетворення енергії вітру в електричну та підвищити надійність роботи вітроустановки в цілому. Метою роботи є розробка двовимірної польової математичної моделі гібридного магнітного редуктора для оцінки його параметрів та характеристик і проведення оптимізації його геометричних розмірів. Генератор з вбудованим магнітним мультиплікатором є об’єктом даного дослідження. Магнітний мультиплікатор під час роботи створює обертове магнітне поле, яке можна використовувати для індукції ЕРС в обмотці генератора. Такий генератор компактніший за редукторний привід, тому такий варіант обрано в якості прототипу в даному дослідженні. Розроблено геометричні моделі гібридного генератора з магнітним редуктором та розроблено числові польові математичні моделі для аналізу його параметрів і характеристик. Проведено аналіз електромагнітного поля та характеристик базового генератора в програмному комплексі COMSOL Multiphysics, на основі якого проведено оптимізацію його геометричних розмірів для оптимізації масогабаритних показників

Математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини

To optimize the parameters of the salient-pole synchronous machine field-coil and achieve specified technical and economic characteristics, an optimization problem with restrictions, which belongs to the class of nonlinear programming problems, was solved. Mathematical model for salient-pole synchronous motor field-coil calculation and optimization, an algorithm and a computer program were created. The mathematical model for calculation and optimization of salient-pole synchronous machine field-coil provides a possibility to design a single-row field-coil winding based on known dimensions under the following restrictions: the minimum distance between the coils of adjacent poles must not be less than the permissible value, the temperature of the coil above the ambient temperature must not be greater than the maximum permissible for the chosen insulation class of the value of the coil, according to the conditions of single-row coils manufacturing, conductor cross-section area should not be greater than the permissible value, and the ratio of the width of the conductor to its height should be within certain limits, the dimensions of the conductor should correspond to standard values. The optimization criterion (objective function) is the copper consumption or cost of the coil, the consumption or cost of pole core steel, power losses in the coil, the total cost of copper and pole steel, the total costs of machine manufacturing and its operation. The choice of the optimization criterion depends on the purpose of the machine and the requirements placed on it. In this problem, each of these criteria is a function of one variable - the height of the field-coil.Для оптимізації параметрів обмотки збудження явнополюсної синхронної машини з метою досягнення заданих техніко-економічних показників розв’язана оптимізаційна задача з обмеженнями, яка належить до класу задач нелінійного програмування. Для цього створена математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини, алгоритм та комп'ютерну програму. Математична модель розрахунку та оптимізації обмотки збудження явнополюсної синхронної машини дозволяє за відомими розмірами спроектувати однорядну обмотку збудження за таких обмежень: мінімальна віддаль між котушками сусідніх полюсів повинна бути не меншою від допустимого значення, перевищення температури котушки над температурою довкілля повинно бути не більшим від максимально допустимого для вибраного класу ізоляції значення, за умовами технологічності виготовлення однорядних котушок площа поперечного перерізу провідника не повинна бути більшою від допустимого значення, а відношення ширини провідника до його висоти повинно перебувати у певних межах, розміри провідника повинні відповідати стандартним значенням. Критерієм оптимізації (цільовою функцією) є витрата або вартість міді котушки, витрата або вартість сталі осердя полюса, втрати потужності в котушці, сумарна вартість міді і сталі полюса, сумарні витрати при виготовленні машини та її експлуатації. Вибір критерію оптимізації залежить від призначення машини та поставлених до неї вимог. У розгляненій задачі кожен із цих критеріїв є функцією однієї змінної – висоти котушки збудження