Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України

ОЦІНЮВАННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ МАЛОГО МОДУЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА РИНКУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Є.В. Парус — 2024-11-27

Представлено математичну модель побудови оптимального графіка завантаження енергоагрегату з малим модульним ядерним реактором. Визначено основні умови функціонування малих модульних ядерних реакторів з конструктивними рішеннями, подібними до розробки NuScale, та представлено архітектуру математичної моделі пошуку оптимальних графіків їхнього функціонування. Визначено основні атрибути режимів функціонування малих модульних ядерних реакторів та математичну модель для імітації функцій управління графіками функціонування реактора. Визначено основні складові для відображення результатів купівлі/продажу електроенергії енергогенеруючою компанією. Наведено цільову функцію максимізації вигоди від експлуатації малого модульного ядерного реактора та обмеження рентабельності його функціонування. Сформульовано основи методики використання моделі побудови оптимального добового графіка функціонування малого модульного ядерного реактора в задачах оцінки ефекту від будівництва та експлуатації таких реакторів на АЕС. Бібл. 15, ріс. 4, таблиця.

ПИТАННЯ РОЗРОБЛЕННЯ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМНОЇ АВТОМАТИКИ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ АВАРІЙНИХ РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМ

О.Ф. Буткевич — 2024-11-27

Розглянуто особливості підходу, використаного для розроблення цифрових моделей пристроїв системної автоматики електроенергетичних систем. Показано роль графічного інтерфейсу як інструментального засобу підготовки таких моделей та маніпулювання ними. На прикладах автоматики частотного розвантаження та автоматики ліквідації асинхронних режимів проаналізовано особливості функціонування та налаштування моделей. Наведено результати використання розроблених моделей під час моделювання аварійних режимів об’єднаної енергосистеми України. Бібл. 3, рис. 8.

ОПТИМІЗАЦІЯ ДОБОВОГО ГРАФІКУ РОБОТИ ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ З УРАХУВАННЯМ НЕЛІНІЙНОЇ ФУНКЦІЇ ВИТРАТ НА ВЛАСНІ ПОТРЕБИ

Д.О. Олефір — 2024-11-27

Представлено математичну модель добового розподілу наявних гідроресурсів гребельної ГЕС із урахуванням нелінійної функції технологічних витрат електричної енергії. Наведено функцію вигоди від продажу електричної енергії на ринку «на добу наперед». Представлено лінійну та нелінійну функції витрат на закупівлю електричної енергії для покриття власних потреб електроспоживання генераторів ГЕС за різних режимів їхнього завантаження. Представлено цільову функцію вигоди від продажу електроенергії на ринку «на добу наперед» із урахуванням вартості закупівлі електричної енергії на покриття технологічних потреб функціонування генераторів ГЕС у різних режимах завантаження. Наведено систему обмежень гідроресурсів у технологічному вузлі «Водосховище ГЕС». Виконано тестові розрахунки з використанням представлених математичних моделей та проаналізовано результати таких розрахунків. Бібл. 8, рис. 3.

МОНІТОРИНГ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ В ЛОКАЛЬНИХ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМАХ

С.П. Денисюк — 2024-11-27

Локальна електроенергетична система є децентралізованою мережею, одним із завдань якої є оптимізоване керування розподіленими енергетичними ресурсами. Для досягнення ефективної інтеграції та взаємодії в роботі локальних систем на рівні житлових будинків та комерційних будівель розробити необхідний набір систем, алгоритмів, які об’єднуються в системи моніторингу. Транзактивна енергетична система дозволяє кільком взаємопов’язаним будівлям обмінюватися енергією для більшої енергоефективності. В статті представлено особливості моніторингу таких систем, методика оцінки ефективності локальної системи та оцінка нерівномірності графіків енергоспоживання при електроживленні елементів локальної системи. Розглянуто впровадження сучасних програм (механізмів) керування попитом (Demand Side Management) для участі у балансуванні попиту та пропозиції. Розглянуто застосування механізмів керування попитом для локальної системи з неінтрузивним моніторингом та з системою енергоменджменту на основі підходів та методів транзактивної енергії. Проведені розрахунки показили можливості зниження вартості електроенергії для споживачів до 12,5%

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ НАЯВНОЇ ІНФРАСТРУКТУРИ НАУКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ В СУЧАСНИХ ПРОЦЕСАХ РЕФОРМУВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ГАЛУЗІ КРАЇНИ

Н.І. Дунаєвська — 2024-11-27

Розглянуто наукове та практичне значення дослідного магнітогідродинамічного (МГД) генератора К-1 (Київ-1) у минулих фундаментальних дослідженнях у галузі енергетики. Описано особливості високотемпературних процесів МГД-перетворення, основні елементи та вузли установки К-1, структуру та спеціальне технологічне забезпечення МГД-генератора. Окреслено практичне значення та перспективність наявної інфраструктури науково-експериментального комплексу (НЕК) у процесах сучасного інноваційного реформування енергетичної галузі країни. Запропоновано стратегію використання інфраструктури НЕК як випробувального стенда, а також наукового хаба для розробок нових енергопроєктів у співпраці дослідних інститутів, освітніх закладів та енергетичних компаній, зацікавлених у проведенні досліджень та вирішенні практичних задач у галузі енергетики. Бібл. 12, рис. 3.

СПОСОБИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ІМПУЛЬСНИХ ПРИСТРОЇВ СИЛОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ

В.В. Голубєв — 2024-11-27

У роботі розглянуто показові магнітно-напівпровідникові генератори імпульсів (МНГІ), включно з їхніми вдосконаленими вузлами, та регулятор напруги уніполярного струму. Наведено переваги МНГІ-1 із модернізованим вхідним вузлом DC/АС; МНГІ-2 із дросельним вихідним вузлом формування однотактних імпульсів; МНГІ-3 із трансформаторним вихідним вузлом формування однотактних імпульсів порівняно з відомими аналогами, в яких здійснюється на їхньому високовольтному виході уніполяризація біполярних імпульсів за допомогою численних напівпровідникових приладів (МНГІ-ПП). Встановлено, що надійність МНГІ-2 та МНГІ-3 є принаймні на порядок більшою, ніж надійність МНГІ-ПП. До того ж за допомогою МНГІ-ПП неможливо реалізувати функції щодо гальванічних розв’язок, синхронізації навантажень, спрощення захисту навантажень та узгодження без ускладнень МНГІ-ПП з низькоомними та ємнісними навантаженнями. Показано, що регулятор напруги змінного струму спроможний регулювати напругу на навантаженні від нуля до максимального значення, блокувати навантаження, відводити невикористану електроенергію, опрацьовувати імпульси від наносекундного до мілісекундного діапазонів. У підсумку одержано матеріали для подальшого опрацювання узагальненого комплексного синтезу щодо вдосконалення вищезгаданих пристроїв та інших імпульсних пристроїв силової електроніки. Бібл. 5, рис. 4.

ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ГЕОМЕТРІЇ ОБМОТКИ ІНДУКТОРА, ЩО ПРИЗНАЧЕНИЙ ДЛЯ НАГРІВУ ВНУТРІШНІХ КІЛЕЦЬ БУКСОВИХ ПІДШИПНИКІВ КОЛІСНИХ ПАР ВАГОНІВ МЕТРОПОЛІТЕНУ

А.Ф. Жаркін — 2024-11-27

Досліджено процес високочастотного індукційного нагріву внутрішніх кілець буксових підшипників перед демонтажем, що проводиться під час ремонтних робіт колісних пар вагонів метрополітену. Проведено фізичне моделювання процесу нагріву при частоті 10 кГц та використанні індуктора з трирядного обмоткою у 17 витків, довжина якої дорівнювала довжині кільця. Показано, що при варіюванні часу нагріву та потужності, що передається в деталь, не вдається забезпечити вибір прийнятного режиму нагріву для нормального демонтажа з точки зору забезпечення повторюваності результатів та недопущення локального перегріву деталі. Проведено розрахунки у середовищі COMSOL на скінченно-елементній моделі процесу нагріву кільця буксового підшипнику при незмінній кількості витків для різних варіантів геометрії обмотки індуктора, тобто кількість рядів обмотки, кількість витків у ряді та їх розташування відносно внутрішніх кілець підшипників. Показано, що геометрична форма обмотки індуктора має суттєвий вплив на розподіл питомих тепловиділень вздовж поверхні деталей. Визначено оптимізовану геометрію обмотки, за якої забезпечується необхідна динаміка нагріву та відсутність зон локального перегріву кілець підшипників, що дозволяє зменшити частку відбракованих деталей. Бібл. 5, рис. 6, таблиця.

ТРИВИМІРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ І ГІДРОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВІДБИВНІЙ ПЕЧІ ДЛЯ АЛЮМІНІЮ З ЕЛЕКТРОВИХРОВОЮ КАМЕРОЮ

Т.О. Пеньковий — 2024-11-27

На основі розробленої математичної моделі проведено тривимірне чисельне дослідження електромагнітних і гідродинамічних процесів у відбивній плавильній печі з електровихровою камерою у вигляді циліндричної камери з дуговим індуктором, яка виконує дві функції: перемішує розплавлений метал у ванні печі та занурює в розплав подрібнений металевий брухт з подальшим транспортуванням його в плавильну ванну. Досліджено вплив висоти з’єднувальних каналів та кута приєднання до камери натискного каналу на три інтегральні параметри: середню швидкість металу у ванні печі, витрату розплаву через поперечний переріз каналів та середню кутову швидкість металу у вихровій камері. У результаті проведеного моделювання встановлено, що з ростом відносної висоти обох каналів перші два параметри, які характеризують камеру як електромагнітний перемішувач металу у ванні печі, збільшуються, а третій параметр, який визначає її як пристрій для занурювання брухту, зменшується. Що стосується кута приєднання натискного каналу, то тут навпаки – зі збільшенням кута середня швидкість розплаву у ванні печі та його витрата через канали падають, а середня кутова швидкість металу в камері зростає. Зроблено висновок про те, що на практиці необхідно знаходити (підбирати) такі компромісні значення висоти каналів та кута їх приєднання, які б забезпечували реалізацію на заданому рівні обох зазначених функцій. Бібл. 8, pис. 7.

РОЗРАХУНОК ПОХИБКИ ЄМНІСНОГО СЕНСОРА ПОВІТРЯНОГО ПРОМІЖКУ В ГІДРОГЕНЕРАТОРАХ З СИСТЕМОЮ КОМПЛАНАРНИХ ЕЛЕКТРОДІВ, ЗУМОВЛЕНОЇ ПЕРЕКОСОМ

А.С. Левицький — 2024-11-27

У статті розглянуто технологічні похибки, що виникають у разі використання ємнісних сенсорів для вимірювання повітряного проміжку (ПП) в гідрогенераторах, зокрема ті, що зумовлені неточністю їхнього встановлення на машині. Основну увагу приділено аналізу похибки, викликаної перекосом площини електродів сенсора відносно твірної розточення осердя статора. Виявлено, що перекіс електродів може суттєво впливати на точність вимірювань, що зі свого боку впливає на ефективність та надійність роботи гідрогенератора.

Проведено детальну оцінку впливу цього перекосу на результати вимірювання за допомогою сенсора, який складається із системи з N компланарних паралельних стрічкових електродів, розташованих перпендикулярно до твірної розточення осердя. Розроблено розрахункову схему для кількісної оцінки похибки, що дає змогу визначити величину похибки з урахуванням аналітичних залежностей. Використано числові методи для оцінки впливу перекосу на точність вимірювань. Результати були отримані для сенсора, призначеного для капсульного гідрогенератора типу СГК538/160-70М. На основі отриманих результатів розроблено практичні рекомендації щодо зменшення впливу похибки від перекосу на точність вимірювання. Бібл. 11, рис. 6.

ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ У ЗШИТО-ПОЛІЕТИЛЕНОВІЙ КАБЕЛЬНІЙ ІЗОЛЯЦІЇ З ЕКСЦЕНТРИЧНІСТЮ ТА ДЕФЕКТОМ НАПІВПРОВІДНОГО ЕКРАНА

І.М. Кучерява — 2024-11-27

За допомогою комп’ютерного моделювання проведено дослідження двовимірного електричного поля в зшито-поліетиленовій ізоляції з ексцентриситетом та виступом ізоляції у внутрішній напівпровідний екран високовольтного кабелю. Проаналізовано нерівномірність розподілу та закономірності змінення рівня електричного поля в залежності від розглянутих дефектів. Представлено залежності максимального поля від значення концентричності (в діапазоні 0–0,5) ізоляції. За результатами чисельного дослідження обґрунтовано необхідність унеможливлення ексцентричності ізоляційної системи та її дефектів в технологічному процесі виготовлення силових кабелів для забезпечення їх високої якості та у подальшому надійного функціонування. Бібл. 15, рис. 6.

ЕЛЕКТРОСТАТИЧНЕ ПОЛЕ В КАМЕРІ БАР’ЄРНОГО РОЗРЯДУ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ВОДИ З УРАХУВАННЯМ ОКРЕМИХ ВОДНИХ КРАПЕЛЬ

Р.С. Крищук — 2024-11-27

Використання імпульсного діелектричного бар'єрного розряду (ІДБР) для очищення води за допомогою низькотемпературної плазми (НТП) є перспективною технологією. ІДБР забезпечує очищення води в крапельно-плівковому стані від органічних забруднювачів шляхом утворення високоактивних молекул (радикали OH, O, молекули H₂O₂, O₃), що генеруються в НТП при контакті з водою. Розроблено двовимірну модель для розрахунку електростатичного поля розрядної камери (РК) для ІДБР, яка включає два електроди, діелектричний бар’єр, дві краплі або струмені води в повітряному проміжку та водяні плівки. У моделі застосовується рівняння Лапласа для електростатичного поля з періодичними граничними умовами. Запропоновано вирази для встановлення довжини симетричної частини РК та визначення напруги на електродах із постійною площею поверхні краплин і постійним середнім значенням напруженості в повітряному проміжку незалежно від радіуса крапель. Проведено дослідження залежності енергії електростатичного поля та ємності РК від радіуса крапель та їхнього взаємного розташування за довжиною РК. Показано зміну напруги на електродах та залежність кількості крапель на одиницю довжини РК від їхнього радіуса. Виконано аналіз розподілу напруженості електричного поля, ємності РК та накопиченої енергії. Досліджено середню напруженість електричного поля на поверхні крапель і плівок води. Встановлено електричні сили, що діють на краплі за допомогою тензора напружень Максвелла. Виведено вираз для розрахунку рекомендованої кількості води в формі крапель або струменів води на одиничні розміри РК для одержання більш рівномірного розподілу напруженості електричного поля в РК та мінімізації впливу електричних сил на краплини. Бібл. 18, рис. 7.

АСИНХРОННІ ГЕНЕРАТОРИ В АВТОНОМНИХ ДЖЕРЕЛАХ ЖИВЛЕННЯ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ. СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ

Л.І. Мазуренко — 2024-11-27

Стаття спрямована на узагальнення результатів дослідження асинхронних генераторів (АГ) автономних джерел живлення зварювальної дуги (ДЖЗД), отриманих у відділі електромеханічних систем Інституту електродинаміки НАНУ. Розглянуто запропоновану класифікацію АГ автономних зварювальних систем, розроблені математичні моделі, результати розрахункових та експериментальних досліджень таких систем із АГ із конденсаторним збудженням і некерованим випрямлячем, у коло постійного струму якого підключено високочастотні інвертори, широтно-імпульсні регулятори або напівмостові інвертори, а також генератори з вентильним і вентильно-конденсаторним збудженням. Розглянуто особливості проєктування, експериментальні зразки джерел живлення зварювальної дуги з АГ. Визначено напрямки подальших досліджень. Библ. 42, рис. 5.

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗКОНТАКТНОГО ДВИГУНА З ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ ПРИ ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНОМУ ЖИВЛЕННІ

К.П. Акинін — 2024-11-27

Статтю присвячено дослідженню характеристик та режимів роботи безконтактного двигуна з постійними магнітами у структурі електроприводу із двопровідним зовнішнім живленням від джерела напруги із широтно-імпульсним регулюванням. Наведено залежності частоти обертання, діючого значення статорного струму та середнього значення струму у ланці постійного струму інвертора напруги, а також залежності коефіцієнта моменту від середньої величини моменту двигуна. Проведено дослідження впливу частоти напруги живлення на режими роботи двигуна. Досліджено режими обмеження струму та моменту двигуна в системі з однопозиційним релейним регулятором та формувачем фіксованого інтервалу відключення транзисторів. Бібл. 12, рис. 16.

АЛГОРИТМИ ПРОГРАМНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ЦИФРОВИХ СТАТИСТИЧНО ОПТИМАЛЬНИХ РЕГУЛЯТОРІВ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ ІЗ СТОХАСТИЧНИМИ НАВАНТАЖЕННЯМИ

Ю.В. Шуруб — 2024-11-27

Статтю присвячено розробці алгоритмів програмної реалізації цифрових статистично оптимальних регуляторів електроприводів, що знаходяться під дією змінних за стохастичними законами динамічних навантажень. На основі неперервних передатних функцій статистично оптимальних регуляторів для подібних навантажень, що можуть бути апроксимовані експоненціальною та експоненціально-косинусною кореляційними функціями, отримано такі алгоритми у вигляді рекурентних різницевих рівнянь, які можуть бути реалізовані програмно. Розроблено рекомендації до точності визначення параметрів відповідних цифрових регуляторів. Бібл. 11, рис. 5.