Авторы

Моделирование процесса насыщения трансформатора тока с нагрузкой

В статье рассматриваются математическая основа и имитационное моделирование процессов насыщения трансформаторов тока апериодическими составляющими токов короткого замыкания. Процессы насыщения трансформаторов тока могут повлиять на правильное действие защит. На электростанциях, в частности атомных, число трансформаторов тока может составлять несколько сотен с различными нагрузками, длинами подводящих кабелей и реализацией релейной защиты. При этом определение времени до насыщения имеет существенное значение для построения схем и принципов построения систем релейной защиты и автоматики электростанций. В статье подробно рассмотрены модели динамических процессов в первичной и вторичной цепях трансформаторов тока в динамике. Приведено математическое описание динамических процессов трансформатора тока в номинальном режиме и при коротком замыкании в первичной его цепи. С учетом результатов моделирования дано обоснование целесообразности использования гипотезы о прямоугольной характеристике намагничивания при упрощенных расчетах процессов насыщения. С помощью компьютерной модели продемонстрирована возможность использования характеристик намагничивания в имеющихся на практике протоколах испытаний в режиме холостого хода для моделирования процессов насыщения. Осуществлено моделирование трансформаторов тока для опыта холостого хода и питания трансформатора тока со вторичной стороны, а также при его работе в условиях короткого замыкания на первичной стороне и известной нагрузке на вторичной стороне. Таким образом, с помощью компьютерного эксперимента можно снять вольт-амперные характеристики и перенести их в модели с насыщением трансформаторов тока уже в режиме короткого замыкания. Показана эффективность динамического моделирования трансформаторов тока. Программная реализация модели выполнена средствами структурного имитационного моделирования в пакете MatLab, основанном на решении уравнений матричных структур и эмуляции. Получена эффективная и адекватная реальному трансформатору тока имитационная модель для определения времени его намагничивания. Читать дальше...

Моделирование процесса самозапуска электродвигателей собственных нужд атомной станции для его ускорения и минимизации различных возмущений

В статье с помощью средств имитационного компьютерного моделирования предложено решение задачи ускорения процессов самозапуска асинхронных электродвигателей насосного оборудования для уменьшения негативного влияния на схему электропитания собственных нужд атомной станции. Рассмотрены особенности протекания переходных процессов выбега и взаимодействия электродвигателей различной мощности в возникающем после их отключения автономном контуре. Показано, что наиболее тяжелый режим такого перехода возникает в результате работы автоматического включения резерва и отключения рабочих источников питания технологическими защитами или действиями оперативного персонала при эксплуатационном уровне рабочего напряжения и номинальной или близкой к ней загрузке секций. Произведен анализ возникающих режимов при помощи авторских моделей. Продемонстрированы особенности процессов выбега и последующего самозапуска в различные моменты времени и значений рассогласований напряжений сети и возникающего автономного контура. Модели позволяют получить достоверное математическое описание электромагнитных и механических процессов двигателей в сложной электромеханической системе, осуществить измерение мгновенных разностей напряжений сети и контура выбега, прогнозировать оптимальный момент времени включения резервного источника питания. Результатами проведенных на моделях исследований является выработка рекомендаций по технологии контроля над рассогласованиями напряжения и контура по одноименным фазам, оценке их среднеквадратичного отклонения и эффективному поиску момента повторного включения резервного источника для совершенствования технологических режимов атомных станций. Читать дальше...

Нейросетевой метод анализа процессов термической обработки окомкованного фосфатного рудного сырья

В настоящее время остро стоит проблема утилизации рудных отходов горно-обогатительных комбинатов. Эти отходы в значительных объемах скапливаются на прилегающих к комбинатам территориях и представляют серьезную угрозу для экологии. В этой связи создание технологических систем переработки рудных отходов и совершенствование их информационного обеспечения представляют актуальное направление исследований. Примером такой системы является сложная химико- энерготехнологическая система производства желтого фосфора из отходов апатит- нефелиновых руд. Целью проводимого исследования являлась разработка модели сбора данных о параметрах процессов термической обработки окомкованного фосфатного рудного сырья в такой системе, а также метода выявления зависимостей между этими параметрами. Выявление зависимостей в информационном обеспечении системы производства желтого фосфора позволит повысить качество ее функционирования с точки зрения критериев управления, энергетической и ресурсной эффективности. Для достижения указанной цели решались задачи выбора математической концепции для основы разрабатываемого метода, построения алгоритма и создания программного обеспечения, реализующего данный метод, проведения модельных экспериментов. В основе метода лежит применение глубоких рекуррентных нейронных сетей долгой краткосрочной памяти, обладающих высокой обобщающей способностью и применяемых при решении задач регрессии и классификации многомерных временных последовательностей, в форме которых, как правило, и представлены параметры химико-энерготехнологической системы. Метод реализован в виде приложения, созданного в среде MatLab 2021. Интерфейс приложения позволяет в интерактивном режиме проводить эксперименты с различными наборами входных и выходных параметров для выявления взаимосвязи между ними, а также изменять гиперпараметры нейронных сетей. В результате работы приложения создается репозиторий обученных нейронных сетей, которые моделируют найденные взаимосвязи между указанными параметрами технологической системы и могут быть применены в системах поддержки принятия решений, управления и инжиниринга. Читать дальше...

Имитационное моделирование адаптивного идентификатора скорости асинхронного двигателя агломерационной машины

Средствами имитационного компьютерного моделирования проанализирован эффективный вариант построения идентификатора скорости асинхронного двигателя электромеханической системы агломерационной машины. Приведена математическая и алгоритмическая основа адаптивного идентификатора скорости (АИС) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АДКР). С использованием разработанного математического описания АИС с эталонной моделью и применением аппарата функций Ляпунова создана адекватная компьютерная имитационная модель. По сравнению с существующими способами построения идентификаторов в бездатчиковых асинхронных электроприводах предлагаемый вариант АИС позволяет учесть дискретный характер напряжения питания АДКР на выходе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения и изменение большего числа параметров схемы замещения. Устойчивость процесса идентификации скорости обеспечивается в широком диапазоне, достаточном для стабилизации скорости тележек по требованиям технологического процесса агломерационных машин. Как следствие, повышается точность идентификации скорости в статических и динамических режимах работы электропривода. Моделированием подтверждена работоспособность предлагаемого варианта идентификатора, предложены варианты настроек компонент АИС. Получены универсальные, важные для практического применения результаты, позволяющие как построить высокоточную систему идентификации скорости АДКР в целом, так и уточнить настройку коэффициентов предлагаемого варианта идентификатора в частности. Важным свойством разработанного варианта АИС является его работоспособность без потери точности на околонулевых и нулевых скоростях вращения и близком к номинальному моменте нагрузки на валу АДКР. В связи с этим практическое применение разработанного варианта, помимо привода агломерационной машины, возможно и в высокоточных системах позиционирования для электроприводов различного назначения. Читать дальше...

Динамическое имитационное моделирование системы возбуждения синхронных генераторов стационарных дизель-генераторных установок аварийного электроснабжения атомной станции

В статье средствами динамического имитационного моделирования MatLab произведено исследование систем возбуждения мощных синхронных генераторов стационарных дизель-генераторных установок, являющихся основными источниками аварийного электроснабжения атомных станций. Использована оптимальная по структурной сложности математическая модель синхронной машины в относительных единицах и ортогональной синхронной системе координат. Осуществлено комплексное моделирование дизель-генераторных установок с воспроизведением как динамики работы системы автоматического регулировании возбуждения синхронного генератора, так и системы управления дизельным двигателем. При моделировании учтены особенности пуска дизель-генератора для разгона синхронной машины, ее начального возбуждения от аккумуляторной батареи. Особый акцент сделан на исследование режимов самовозбуждения через трансформатор, подключенный к статорной цепи генератора, и тиристорный выпрямитель с обмоткой возбуждения в качестве нагрузки, а также на исследование параллельной работы с энергосистемой. В итоге промоделированы процессы пуска дизель-генераторной установки в режиме холостого хода, эффективного самовозбуждения, автономной работы генератора на холостом ходу, приложения нагрузки к генератору вплоть до значений допустимой перегрузки. Показана работа всех каналов системы управления, в том числе недоступных на практике сигналов регуляторов системы автоматического регулирования и механических переменных. Доказана адекватность разработанной модели сопоставлением с реальным физическим экспериментом при опробовании дизель-генератора на атомной станции. Продемонстрирована возможность использования разработанной в MatLab модели как виртуального полигона для испытаний дизель-генераторной установки и компьютерного тренажера для профильного инженерного персонала атомной станции Читать дальше...

Структурное моделирование существующих и усовершенствованных алгоритмов управления тиристорных переключающих устройств агрегатов бесперебойного питания собственных нужд атомных станций

В статье проводится анализ работы тиристорных автоматических переключающих устройств для агрегатов бесперебойного питания атомных станций. Они являются частью системы аварийного электроснабжения электрооборудования сети собственных нужд c номинальным напряжением 0,4 кВ. В такой системе надежного питания особо ответственных потребителей обязательно используются альтернативные сети и резервные источники. Обычно группы потребителей собственных нужд атомных станций запитаны от инверторной сети, чтобы в случае отключения резервной байпасной сети эти нагрузки продолжали питаться от агрегата бесперебойного питания. Он имеет в своем составе зарядное устройство – управляемый выпрямитель, блок аккумуляторных батарей и транзисторный инвертор. Переход от одной сети к другой в любом направлении должен быть «безударным» во избежание срабатывания защит агрегатов бесперебойного питания и других электрических защит системы надежного питания. При наличии сбоев в алгоритмах или их нерациональной организации процессы перехода между сетями могут сопровождаться нарушением бесперебойности питания или междуфазными короткими замыканиями. В системе компьютерной математики MatLab создана структурная имитационная модель для отработки алгоритмов перехода при различных фазовых сдвигах сетей и направлениях перехода. Проанализирован алгоритм перехода между сетями для агрегатов бесперебойного питания одной из фирм-производителей, поставлявших оборудование на атомные станции. Предложен более безопасный оптимальный алгоритм управления переключениями сетей с пофазным контролем спадания токов отключаемой сети. Предложения подкреплены результатами компьютерного моделирования. Читать дальше...

Компьютерная программа для моделирования показателей технического качества индукторов линейных асинхронных электродвигателей

Определение показателей технического качества электродвигателей, а также их моделирование востребованы при организации выходного контроля технического качества изделий. Большая роль в обосновании критериев технического качества электродвигателей и разработке методик их определения отводится компьютерному моделированию. Наряду с вращающимися электродвигателями в технических системах все шире применяются линейные асинхронные электродвигатели (ЛАЭД). Критерии и способы испытаний, разработанные для вращающихся электрических машин, не адекватны специфике ЛАЭД. Применительно к индукторам ЛАЭД предложен способ оценки показателей технического качества трехфазных неоднородных индукторов с неравномерным распределением магнитных свойств вдоль магнитопровода. Способ основан на импульсных воздействиях источника напряжения на индуктор ЛАЭД. Разработаны и представлены математическая модель, алгоритм и программа моделирования показателей технического качества индукторов ЛАЭД, реализующие предлагаемый способ. Программа написана с использованием собственного интерпретированного языка программирования программного продукта Maple и требует от пользователя ввода параметров электротехнического устройства. На выходе пользователь в автоматическом режиме получает изображение матрицы Грина, осциллограммы токов фаз по результатам проведения трех опытов и численные значения показателей качества. Результаты моделирования свидетельствуют о том, что предлагаемый способ может служить инструментом технического контроля индукторов, а также о том, что разработанные критерии технического качества, математическая модель, алгоритм и программа позволяют моделировать и оценивать технические качества индукторов ЛАЭД как при выходных испытаниях, так и при проведении мониторинга технического состояния устройства в процессе эксплуатации. Читать дальше...

Математическая модель для проектирования линейных асинхронных электродвигателей и ее программная реализация

Математические модели служат основным инструментальным средством компоновочного проектирования линейных асинхронных электродвигателей. Существующие проектировочные модели линейных асинхронных электродвигателей предполагают питание устройства от источника многофазного симметричного тока прямой последовательности, что исключает из рассмотрения асимметрию токов фаз индуктора и связанное с ней снижение тяговой силы. Такой подход является недостаточно гибким, так как эксплуатация линейных асинхронных электродвигателей в широком диапазоне скоростей движения предполагает функциональную зависимость между коэффициентом несимметрии токов и скоростью движения. В исследовании разработана математическая модель для решения задач проектирования, реализующая функциональную зависимость между коэффициентом несимметрии токов и скоростью движения. Математическая модель представляет собой 13 линейных уравнений, увязывающих геометрические размеры, токовые нагрузки, характеристики электромагнитного поля и механические силы со скоростью вторичного элемента электродвигателя. Токовая нагрузка электродвигателя имеет переменную степень эллиптичности в зависимости от скорости движения. Выполнена алгоритмическая проработка математической модели и разработаны соответствующие программные средства моделирования. Предлагаемый алгоритм программы, содержащий две подпрограммы, реализован с использованием программного пакета символьных вычислений Maple. С целью расширения круга пользователей программная модель дополнительно реализована на С++. При этом функциональная зависимость коэффициента асимметрии волны возбуждающего тока от скорости движения реализована в форме итерационной процедуры для случая подключения обмотки индуктора линейных асинхронных электродвигателей к источнику симметричного трехфазного напряжения по схеме «треугольник». На примере трехфазного линейного асинхронного электродвигателя произведено моделирование электромагнитных и механических характеристик электродвигателя. Констатировано, что влияние асимметрии токов на механические характеристики линейных асинхронных электродвигателей невелико и выражено в области высоких скоростей движения. Это дает возможность в задачах проектирования для компоновки электродвигателя использовать модели, предполагающие питание линейных асинхронных электродвигателей от источника симметричного тока или вводить в них фиксированный коэффициент несимметрии. Читать дальше...

Применение аппарата математического моделирования к задаче диагностики состояния механической цепи асинхронного электродвигателя

Исследование направлено на повышение надежности сложных технических систем, включающих такой компонент, как асинхронный электродвигатель, посредством отслеживания их текущего состояния. Общая задача исследования заключается в обосновании возможности использовать для диагностики неисправности механической цепи электродвигателя такой фактор, как вектор тока статора, колебания которого берутся в качестве наблюдаемого параметра. Для обоснования правомерности такого решения привлечен аппарат математического моделирования с проведением вычислительного эксперимента. Для этого были предварительно сформулированы цель и условия его проведения, позволившие получить достаточную доказательную базу. Математическая модель асинхронного электродвигателя дополнена функциями импульсной нагрузки в форме рядов Фурье, представленной прямоугольными знакопеременными и знакопостоянными импульсами, частота следования которых равна частоте вращения вала электродвигателя. Для проведения вычислительного эксперимента были разработаны проблемно-­ориентированные алгоритм и Maple-программа. Оригинальной чертой математической модели, алгоритма и программы является увязка момента нагрузки с углом поворота ротора, что характерно для поврежденных механических цепей асинхронных электродвигателей. На математической модели выявлены эффекты воздействия на серийный асинхронный электродвигатель импульсов момента нагрузки от поврежденного подшипника, а также эффекты воздействия на него импульсов момента от периодических ударов, возникающих в поврежденной механической цепи. В обоих случаях зафиксированы колебания модуля вектора тока статора, совпадающие с частотой вращения ротора. Результаты вычислительного эксперимента свидетельствуют о том, что колебания тока статора позволяют достоверно судить о состоянии механической цепи электродвигателя. Материалы исследования могут быть использованы эксплуатирующими организациями для создания систем инструментального контроля текущего технического состояния парка асинхронных электродвигателей. Читать дальше...