Электричество

Оптимизация полностью ВТСП синхронного генератора и расчет потерь в его обмотках

2024-10-20T11:29:24+00:00

В настоящее время активно разрабатываются авиационные энергетические системы нового поколения, сочетающие высокую удельную мощность, высокий коэффициент полезного действия и минимальные выбросы углекислого газа. Это особенно актуально в условиях ужесточения экологических стандартов и требований к энергоэффективности в авиационной отрасли. Одним из перспективных направлений в этой области является использование технологий высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), позволяющие существенно улучшить характеристики электрических машин. В статье рассматриваются два полностью ВТСП-генератора мощностью по 10 МВт, предназначенные для эксплуатации на борту летательных аппаратов. Оба генератора работают при криогенной температуре 20 K, но имеют различные конструктивные ограничения. Для каждого генератора проведена оптимизация электромагнитных характеристик с применением метода конечных элементов, а также рассчитаны потери в ВТСП-обмотках, работающих на переменном токе. Результаты исследования позволяют оценить влияние конструктивных решений на эффективность генераторов, что способствует созданию высокоэффективных авиационных энергетических систем нового поколения с использованием ВТСП-технологий и отвечающих современным требованиям авиационной отрасли с точки зрения эффективности и снижения негативного воздействия на окружающую среду.

Аналитическая модель динамики напряжения литийионного аккумулятора

2024-10-20T11:38:11+00:00

Рассматривается формирование аналитической математической модели динамики напряжений литийионных аккумуляторов, которая отличается от известной модели Шеферда учетом процессов поляризации электродов при различных степенях разряда аккумулятора, а также учетом разностей потенциалов двойных слоев электродов, что позволяет повысить ее точность и адекватность. Учитываются отличные от равновесных начальный заряд двойных слоев и начальная поляризация мембраны. Предложенная в статье модель получается путем численно-аналитического преобразования уравнений динамики процессов в литийионных аккумуляторах, полученных предложенным ранее авторами методом математического прототипирования энергетических процессов. Этот метод представляет собой единый подход построения корректных (т.е. не противоречащих законам физики) моделей динамики физических и химических процессов различной природы. Однако предложенная в настоящей работе модель литийионного аккумулятора справедлива только для определенных допущений – при комнатной температуре окружающей среды, для режима разряда постоянным током из любого начального состояния поляризации электролита. Предложенная модель может быть использована в качестве основы при разработке цифровых двойников литийионных аккумуляторов, предназначенных для диагностики и прогнозирования состояния литийионных аккумуляторных батарей, работающих при нормальных климатических условиях в режиме разряда постоянным током.

Математические модели оптимального распределения дефицита мощности в задачах расчета показателей балансовой надежности ЭЭС

2024-10-20T11:43:29+00:00

Существующие подходы к расчету показателей балансовой надежности электроэнергетических систем (ЭЭС) в большей степени ориентированы на определение недоотпуска электроэнергии потребителям из-за случайных аварийных возмущений в энергосистеме. Основным при расчете показателей балансовой надежности является метод статистических испытаний со встроенной процедурой выбора оптимальных управляющих воздействий, к числу которых относятся частичное ограничение генерации и (или) нагрузки (задача оптимального распределения дефицита мощности). С целью ускорения расчетов принимаются допущения и ограничения. Отмечено, что неучет второго закона Кирхгофа приводит к неоднозначности и большим погрешностям при оценке потокораспределения, что обесценивает идентификацию наиболее часто перегружаемых элементов электрической сети. В статье акцент ставится на выборе управляющих (варьируемых) переменных, обеспечивающих максимальное быстродействие расчетной процедуры при обеспечении допустимой точности искомых показателей балансовой надежности ЭЭС. Одной из основных управляющих переменных предлагается рассматривать напряжение в узлах электрической сети. Показано, что математические модели, основанные на выделении особого балансирующего узла, существенно ограничивают область допустимых решений, что сказывается на результирующих показателях балансовой надежности.

Обеспечение информационной безопасности при вторичном регулировании напряжения в мультиагентных системах управления киберфизическими микросетями

2024-10-20T11:50:45+00:00

Статья посвящена исследованию эффективности распределенных мультиагентных систем (МАС) для управления микросетями и электрическими сетями с возобновляемыми источниками энергии с акцентом на обеспечение устойчивости к киберугрозам. Цель исследования – создание эффективного подхода к обнаружению и устранению последствий кибератак через вероятностный анализ поведения агентов и алгоритмы восстановления качества данных при вторичном регулировании напряжения. Методы включают машинное обучение и вероятностные модели для оптимизации управления и стабилизации режимов сетей. В статье рассмотрены различные схемы управления киберфизическими микросетями на основе МАС, проведен анализ возможных кибератак на МАС управления. Показано влияние кибератак на топологию МАС и согласованность действий агентов при вторичном регулировании напряжения. Разработан подход на основе вероятностного анализа и машинного обучения, позволяющий своевременно реагировать на киберугрозы, устранять их последствия и следовать стратегии оптимального управления киберфизическими микросетями. Предложена стратегия, повышающая эффективность интеллектуального управления и сохраняющая стабильность энергопотоков даже при рисках информационной безопасности.

Моделирование нагрева композитов с поглощающими наполнителями различной формы в СВЧ-камере с волноводно-щелевым излучателем

2024-10-20T12:03:32+00:00

На основе математического моделирования проведено исследование нагрева композитов с поглощающими наполнителями различной формы из карбида кремния и углеродного волокна в СВЧ-камере с волноводно-щелевым излучателем. В статье приведены результаты численного моделирования в виде распределения температурного поля в объеме композита. Определено влияние формы и размеров поглощающих наполнителей на температуру, равномерность и скорость нагрева композитов при заданной СВЧ-мощности. Установлено, что применение композитов с поглощающими наполнителями из карбида кремния позволяет получить большую равномерность нагрева композитов по сравнению с наполнителями из углеродного волокна. Наилучшие показатели по температуре, равномерности и скорости нагрева получены для композита с наполнителями в форме стержней прямоугольного и круглого сечения. Использование углеродного волокна в качестве поглощающих наполнителей вследствие локального СВЧ-нагрева отдельных слоев наполнителей ограничено образцами небольших геометрических размеров. Определен уровень СВЧ-мощности для форсированного нагрева высокоэнергетического радиопоглощающего композита с целью достижения требуемой температуры и скорости нагрева. Разработан алгоритм ступенчатого регулирования СВЧ-мощности по температуре композита для решения задачи его нагрева до температуры отверждения связующего и термообработки для снятия механических напряжений.

Анализ электромагнитных процессов в магнитогидродинамическом насосе трансформатного типа для транспортировки жидких металлов

2024-10-20T12:12:40+00:00

Первичное производство алюминия из природных минералов связано с большими энергетическими и экономическими затратами, при этом повторно алюминий можно переплавлять практически неограниченно. Вторичная переработка алюминиевого лома требует меньше энергии и осуществляется при более простой технологии. По этой причине доля переработанного алюминия в общем балансе производства неуклонно растет. В процессе плавки необходимо перемешивать расплавленную массу одним из известных способов для получения ее однородности. Для малых и средних предприятий эти способы должны быть просты, надежны и экономичны. Цель исследования заключалась в разработке рентабельного способа перемешивания расплава при минимальной реконструкции существующих печей и применяемых технологий переплавки. В статье предлагается комбинированный метод, сочетающий механическое перемешивание и использование электромагнитных сил для перекачки расплава из одной части ванны в другую. Для реализации метода применен индукционный магнитогидродинамический насос переменного тока. Концепция проверена на цифровой модели, реализованной в программном комплексе Ansys Electronics Desktop в режиме Transient для конкретной печи индустриального заказчика. Предложенный подход можно применить практически для любой печи вторичной переплавки.

Особенности применения литой эпоксидной изоляции и композиций на ее основе для высоковольтного оборудования

2024-10-20T12:26:27+00:00

В статье рассматриваются особенности применения литой эпоксидной изоляции и композиций на её основе в высоковольтном оборудовании. Исследуются структурные характеристики изоляции, включая микрогетерогенную структуру и влияние глобул на электрическую прочность. Обсуждаются эксплуатационные факторы: объем и структура изоляции, время воздействия напряжения и рабочая температура. Рассматриваются преимущества циклоалифатических эпоксидных смол по сравнению с традиционными смолами на основе бисфенола A и F, а также влияние различных наполнителей на механические и электрические свойства изоляции. Приводятся примеры применения литой эпоксидной изоляции в трансформаторах, комплектно-распределительных устройствах и токопроводах, а также методы повышения электрической прочности изоляции за счет оптимизации состава компаундов и структуры изоляционных систем. Обсуждается абсолютная величина локальных напряженностей в диэлектрике, зависящая от средней напряженности электрического поля в окрестностях как неоднородностей поля, так и от параметров самих неоднородностей. Рассматриваются результаты экспериментальных исследований и статистического анализа зависимости электрической прочности от толщины литой эпоксидной изоляции, свидетельствующие, что в квазиоднородном электрическом поле снижение электрической прочности изоляции при увеличении межэлектродного расстояния обусловлено изменением «активного объема» диэлектрика.

Тепловой расчет новой конструкции синхронного генератора с поперечным потоком

2024-10-20T12:42:21+00:00

Основной областью применения электрических машин с поперечным потоком является низкоскоростной электропривод, в частности ветровые турбины и силовые установки транспортных средств. Конструкция электрических машин с поперечным потоком за счет возможности реализовать более высокие плотности вращающего момента рассматривается в качестве перспективной для децентрализованной ветроэнергетики. В статье приведена расчетная оценка теплового состояния синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и с поперечным магнитным потоком патентно-защищенной конструкции с двойным статором, расположенным с одной стороны ротора, мощностью 5 кВт. Значения коэффициентов теплоотдачи корпуса уточнены по произведению критериев Грасгофа и Прандтля как для однофазного модуля, так и для трехфазной машины. Расчет среднего превышения температуры поверхностей охлаждения, обмотки статора и диска ротора выполнен с помощью зависимости между критериями подобия. Созданы полные трехмерные модели однофазного модуля и трехфазного генератора с поперечным магнитным потоком. Трехмерное моделирование подтвердило правильность оценки теплового состояния новой конструкции, полученной с помощью зависимости между критериями подобия.