Электричество

Двунаправленный понижающий/повышающий преобразователь напряжения для околоземных спутников

Сергей Игоревич Мошкунов — 2025-09-29

Статья посвящена разработке и экспериментальным исследованиям высокоэффективного перспективного преобразователя напряжения, предназначенного для применения в системах электропитания космических аппаратов на околоземной орбите. Устройство представляет собой четырехключевой неизолированный двунаправленный понижающий/повышающий преобразователь, выполняющий критически важные функции управления зарядом и разрядом литийионных аккумуляторных батарей и стабилизации напряжения шины. Ключевые особенности разработки: применение современных мощных широкозонных GaN-транзисторов, позволяющих минимизировать коммутационные потери и повысить общую эффективность системы; работа при повышенном напряжении шины питания, что способствует снижению массогабаритных показателей; использование новой схемы управления. Для обеспечения плавности работы и максимального быстродействия системы реализован смешанный режим управления, исключающий резкие изменения тока и электромагнитные помехи при переключении между режимами понижения и повышения напряжения, что особенно важно в условиях жестких требований по электромагнитной совместимости в космической технике. Способ управления по среднему току обеспечивает высокую точность регулирования параметров и значительно повышает помехоустойчивость системы, а также позволяет использовать в силовой части преобразователя сильноточные датчики с большей инерционностью, что повышает общую надежность конструкции. По результатам комплексных испытаний экспериментальный прототип преобразователя показал сравнимый с расчетными значениями коэффициент полезного действия на уровне 96 % и высокую удельную мощность 2,5 кВт/кг при массе устройства около 1 кг. Компактный форм-фактор, соответствующий строгим требованиям космического аппаратостроения, а также высокая надежность работы в различных режимах подтверждают технологическую готовность разработки для непосредственной интеграции в системы электропитания космических аппаратов различного назначения.

Темпы изменения ВВП и электропотребления. Коэффициенты электропотребления

Булат Искандерович Нигматулин — 2025-08-28

Статья посвящена исследованию взаимосвязи между темпами роста валового внутреннего продукта (ВВП) и электропотребления на примере РСФСР/РФ за 1950–2025 гг. Методологически работа основана на расчете и анализе коэффициента электропотребления k–_E, отражающего взаимосвязь (эластичность) спроса на электроэнергию и темпов экономического роста, измеряемого в темпах изменения ВВП. Проведен ретроспективный анализ динамики коэффициента электропотребления, выявлены периоды его устойчивости и структурных изменений, обусловленных трансформацией экономической системы. Особое внимание уделено влиянию структурных сдвигов в экономике на соотношение коэффициента k–_E. На основе выявленных закономерностей рассмотрена применимость коэффициента k–_E0 для прогнозирования спроса на электроэнергию в долгосрочной перспективе. Представленная взаимосвязь апробирована на примере анализа прогнозных показателей Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики России до 2042 г. Результаты исследования свидетельствуют о необходимости учета нелинейного характера взаимосвязи экономического роста и электропотребления при долгосрочном планировании развития электроэнергетического комплекса.

Способ ограничения тока для силового инверторного преобразователя в режиме «ведущий»

Алишер Бахрамжонович Аскаров — 2025-09-29

Актуальным направлением развития современных энергосистем является использование непрерывно увеличивающегося количества силовых инверторных преобразователей для обеспечения системных услуг за счёт их функционирования в ведущем по отношению к электрической сети режиме. Вариантом реализации данной концепции является алгоритм управления на основе виртуального синхронного генератора (ВСГ). Однако остаётся нерешённой проблема функционирования ВСГ в анормальных условиях, связанных с увеличением выходного тока. Существующие алгоритмы ограничения тока приводят к потере свойств ведущего силового преобразователя или снижают возможный диапазон выдачи тока в режиме ограничения. В статье предложено использовать структуру ВСГ с управляемым опорным сигналом тока (ВСГ-Т) вместо традиционных ВСГ, управляемых опорным сигналом напряжения. Для ограничения тока в составе ВСГ-Т используется ограничитель амплитуды вектора полного тока. При этом фаза выходного тока продолжает регулироваться исходя из складывающихся схемно-режимных условий в сети за счёт функционирования обратной связи по напряжению в используемых уравнениях виртуальной синхронной машины. Представлены результаты натурного тестирования экспериментального макета инвертора с ВСГ-Т и алгоритмом ограничения тока, а также сравнения с серийным образцом гибридного инвертора. Доказано, что предлагаемые решения позволяют ограничивать ток в автономном режиме и при параллельной работе с сетью, обеспечив при этом устойчивую работу и надёжное питание нагрузки.

Аналитический метод расчета магнитного потока в магнитопроводе высоковольтного испытательного трансформатора при нагрузке

Людмила Ивановна Сахно — 2025-09-29

Особенностью высоковольтных испытательных трансформаторов является емкостный характер нагрузки и большая индуктивность рассеяния. Согласно стандартной методике расчета трансформаторов поперечное сечение магнитопровода выбирается так, чтобы в режиме холостого хода (ХХ) амплитуда индукции не превышала допустимого значения. В номинальном режиме это условие может не выполняться, что ведет к превышению допустимого коэффициента искажения синусоидальности вторичного напряжения, влияющего на качество измерений. В статье предложен аналитический метод расчета магнитного потока и магнитной индукции в магнитопроводе при емкостной нагрузке трансформатора. Результат расчета индукции используется для корректировки сечения магнитопровода, выбранного в режиме ХХ. Аналитический метод удобно использовать как при проектировании трансформатора по стандартной методике, так и при многокритериальной оптимизации его конструкции: в отличие от численных расчетов, он обеспечивает существенную экономию времени. Метод основан на введении в расчетную схему разомкнутой тонкой обмотки, плотно примыкающей к магнитопроводу в месте определения магнитной индукции. Для сокращения времени расчета предложено находить усредненное значение индукции в стержне и ярме магнитопровода. Используемая формула для расчета индуктивности рассеяния учитывает трапецеидальную форму вторичной обмотки. Получены выражения для коэффициента изменения магнитного потока в магнитопроводе при нагрузке. Приведены зависимости коэффициента увеличения магнитного потока от емкости объектов испытания для стержня и ярма высоковольтного испытательного трансформатора с вторичным напряжением 100 кВ. Даны рекомендации по расчету площади поперечного сечения магнитопровода проектируемого броневого трансформатора.

Исследование высокочастотных перенапряжений в обмотках распределительных трансформаторов с литой изоляцией

Виктор Владимирович Рыжков — 2025-09-29

В последние 20 лет на объектах электросетевого комплекса Российской Федерации для питания собственных нужд (до 100 кВ·А) выполняется замена масляных трансформаторов и сухих трансформаторов с воздушно-барьерной изоляцией на сухие трансформаторы с литой изоляцией из эпоксидной смолы. При этом в эксплуатации отмечаются случаи преждевременного выхода из строя сухих трансформаторов с литой изоляцией. Особенностями этих инцидентов стали выборочность повреждаемых трансформаторов, повторяемость и значительный срок эксплуатации до отказа (иногда в два и более раз превышающий гарантийный), исключающие версию о производственном браке. В статье представлены результаты исследований конструктивных образцов производства ОАО «СЗТТ». Для выяснения причин отказов и повышения надежности выпускаемой продукции завод-изготовитель инициировал комплекс работ по расследованию причин повреждения трансформаторов, совершенствованию конструкции обмоток и проведению сравнительного анализа устойчивости новой и старой конструкции обмоток к коммутационным перенапряжениям. Проведены исследования макетных образцов трансформаторов мощностью 10–63 кВ·А класса напряжения 10 кВ, включающие экспериментальное определение собственных частот и кратностей высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках высшего напряжения разных конструкций. В статье приведены краткие сведения по итогам расследования повреждений трансформаторов и представлены основные результаты исследований высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках высшего напряжения с литой изоляцией.

Экспериментальное исследование бесконтактных коммутационных устройств, управляемых на основе нелинейных резистивных элементов

Эльдор Ганиевич Усманов — 2025-09-29

Статья посвящена определению рабочих характеристик, оценке надежности, эффективности коммутации и возможности применения бесконтактных коммутационных устройств, управляемых с использованием нелинейных резистивных элементов. Рабочие характеристики устройств рассматривались при различных режимных параметрах сети. Результаты исследования подтвердили устойчивую коммутацию устрийств и высокую чувствительность к внешним управляющим сигналам. Рассмотрено применение бесконтактных коммутационных устройств в схемах управления вольтодобавочных трансформаторов. Основное внимание уделено возможности управления коммутационными процессами с применением тиристоров, транзисторов и оптопар, позволяющих создать более надёжные и долговечные электрические цепи. В ходе экспериментальных исследований проанализированы проводимость различных типов нелинейных резистивных элементов и их реакция на внешние воздействия (напряжение, температура и др.). Установлено, что бесконтактные коммутационные устройства с такими элементами обладают высокой скоростью срабатывания, низким энергопотреблением и возможностью работы в различных режимах. Перспективно их применение в системах автоматического управления в реальном времени и защитных схемах.

Анализ динамических свойств синхронного двигателя как объекта управления в контуре регулирования момента

Максим Анатольевич Григорьев — 2025-09-29

Статья посвящена исследованию частотных характеристик контуров регулирования момента и тока, позволяющих выявить параметры, влияющие на стабильность и динамические показатели электропривода. Выполнен синтез контура регулирования момента в однофазном и трехфазном исполнении для синхронных электроприводов переменного тока. Дана оценка и получены выражения процессов изменения сигнала в каждом из блоков контура регулирования момента для дальнейшего исследования амплитудной и фазовой частотных характеристик синхронных электроприводов. Выполнен детальный анализ уравнения суммарного момента трехфазного синхронного электропривода для режима работы на упор и на низких скоростях. Рассмотрены варианты математического описания процессов системы с применением инструмента моментного треугольника. Построены частотные характеристики для контуров регулирования тока и момента. Результаты исследования спектральных свойств контуров регулирования во всем диапазоне частот подчеркивают необходимость точной настройки системы управления при малых скоростях вращения или при работе двигателя в режиме моментного тормоза. Достигнута высокая эффективность применения аппарата математического моделирования при анализе частотных характеристик электроприводов с электрическими машинами переменного тока. Экспериментальные исследования позволили учесть перекрестные взаимосвязи между обмотками электромеханического преобразователя.

О торжественном собрании, посвященном 145-летию журнала «Электричество»

Редакционная статья — 2025-11-10

Юрий Моисеевич Иньков (некролог)

Редакционная статья — 2025-11-10