Электроэнергетика. Производство, преобразование, передача, распределение и регулирование электроэнергии. Электроизмерительная техника. Техническое применение магнетизма и статического электричества

Изложены основные принципы построения математических моделей в задачах исследования физических процессов, решение задачи расчета установившихся режимов и анализа статической устойчивости электро-энергетических систем, а также задач синтеза и анализа логических схем, практические навыки использования современных методов компьютерного моделирования, в частности в программных системах Mathcad, Microsoft Excel, Electronics Workbench. Подготовлено в соответствии с основной образовательной программой подготовки бакалавра по направлениям 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и 110800 «Агроинженерия».

Данное методическое указание содержат 50 вариантов, охватывающих основные положения раздела «Элементы теории подобия» учебной дисциплины «Моделирование в технике», а также краткие методические указания к выполнению расчётно-графического задания.

Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Модели оптимизации развития электроэнергетических систем», кроме того, может быть использовано при изучении отдельных разделов спецкурсов и дисциплины «Электроэнергетические системы и сети». Наряду с изложением традиционных методов решения задач развития ЭЭС в предлагаемом учебном пособии рассмотрены новые подходы, нацеленные на решение задач развития в условиях перехода к рыночной экономике. К ним относятся формирование критериев в задачах управления и развития электроэнергетики с учетом многосубъектности, методы технико-экономических расчетов, модели экологических критериев, многокритериальный анализ в условиях неопределенности и другие.

Рассмотрено численное моделирование термопрочностного состояния диска газовой турбины в двумерной осесимметричной постановке с применением программного комплекса ANSYS.

Пособие на основе зарубежных и отечественных источников и практического опыта описывает основные подходы к вопросам метрологии, теории и практики проведения измерений электрических и неэлектрических величин, неразрушающего контроля, основам стандартизации и сертификации.

В пособии изложены основные закономерности процессов минералообразования в техногенных условиях и минералогические подходы в оценке экологической ситуации урбанизированных территорий.

Рассматриваются новые методы и средства раздельного определения параметров двухполюсных электрических цепей по мгновенным значениям переходных процессов, обеспечивающие сокращение времени измерения. Приводятся результаты анализа влияния погрешности квантования мгновенных значений сигналов на погрешность измерения параметров.

Предложены математические модели амплитудных и амплитудно-частотных характеристик вакуумного емкостного делителя высоких высокочастотных напряжений. Теоретически обосновывается правомочность применения разрабатываемого алгоритма к измерениям динамических характеристик ДН высоких высокочастотных напряжений.

Рассматриваются вопросы сокращения времени измерения параметров электрических цепей за счет формирования нескольких переходных процессов в измерительных цепях. Показаны особенности различных методов измерения, приведены рекомендации по их применению.

В статье предлагается математическая модель и методика анализа влияния собственных шумов элементов схемы корректирующего канала с периодической коррекцией погрешности нуля УПТ на выходной сигнал измерительных преобразователей с целью минимизации порога чувствительности.

Изложены методологические основы моделирования объектов и процессов при решении задач электроэнергетики. Рассматриваются три уровня представления математических моделей: микро-, макро- и метауровень. Приводятся примеры моделирования основных объектов электроэнергетических систем в задачах.

В пособии рассмотрены вопросы метрологического обеспечения экспериментальных исследований преобразователей информации различной физической природы. Особое внимание уделено метрологическому обеспечению вычислительного эксперимента, направленного на прогнозирование метрологических характеристик цифровых преобразователей информации. Рассмотрены принципы построения, методы анализа и примеры практического применения обобщенных математических моделей, позволяющих на ранних стадиях проектирования новых конструкций цифровых преобразователей информации с высокой степенью достоверности оценивать их технические возможности, не прибегая к дорогостоящему физическому эксперименту. Рассмотрены также методы и аппаратура для механических и климатических испытаний разрабатываемых преобразователей информации. Электронное учебное пособие разработано на кафедре электротехники.

Рассмотрены различные аспекты управления качеством электроснабжения (УКЭС) в условиях неопределённости на основе развития методов многоцелевой оптимизации. Рассматриваются различные методы принятия решения, разработка адаптивных моделей УКЭС в составе технологических АСУ электроэнергетических систем, проблемы создания эффективных алгоритмов УКЭС с учетом кибернетических свойств ЭЭС и обеспечения устойчивости приближенных решений гибридных моделей УКЭС.

Дано краткое описание работ по исследованию электрических и эксплуатационных свойств электроматериалов. Для каждой работы приведены краткие теоретические сведения об основных физических процессах, происходящих в исследуемых материалах, дано описание лабораторной установки, изложены методы испытаний и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания каждой работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов.

Рассматриваются векторно-матричные математические модели трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, получившего широкое распространение в большинстве промышленных установок и технологических комплексов. На основании линейных преобразований с соответствующими матрицами, которые можно интерпретировать как математические операции над вектором или координатной системой, получены дифференциальные и алгебраические уравнения асинхронной машины в различных базисах трехмерного пространства, с помощью которых описывается процесс электромеханического преобразования энергии при симметрии электромагнитных переменных, а также в случае наличия токов нулевой составляющей. Содержание работы иллюстрируется большим количеством рисунков, а также рядом практических приложений, которые облегчают изучение излагаемого материала.

В учебном пособии изложены методологические основы моделирования объектов и процессов при решении задач электроэнергетики. Рассматриваются три уровня представления математических моделей: микро- макро- и метауровень. Приводятся примеры моделирования основных объектов электроэнергетических систем в задачах, связанных с анализом установившихся режимов электрических сетей. Дано описание подходов к прогнозированию электропотребления и нагрузки энергосистем с использованием различных моделей. Приводятся методы построения математических моделей, выбора их структуры и вычисления параметров моделей. Примеры использования и исследования математических моделей даны в системе Mathcad.

В учебном пособии в краткой форме даны основные понятия электротехнического материаловедения, приведены определения тепловых, электрических и механических параметров материалов, дается оценка основных классов материалов, применяемых в электроэнергетике и электротехнике. В пособии также приводятся числовые характеристики различных материалов, рассматриваются вопросы их долговечности. Форма изложения позволяет продуктивно готовиться к зачету по курсу и вспомнить основные понятия, изученные ранее в курсах физики и химии.

Во второй части настоящего учебного пособия излагаются принципы построения микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями с искусственной коммутацией (на примере автономных инверторов напряжения), способы микропроцессорной реализации алгоритмов управления указанными преобразователями, а также основы реализации цифровых регуляторов.

В энергетике прогнозированию всегда уделяется большое внимание. В ра- боте рассматриваются основные задачи прогнозирования при управлении ре- жимами энергосистем и их формализации на основе сочетания математических и практических методов, а также задачи долгосрочного и краткосрочного пла- нирования и адаптации планов. Даются общие методологические принципы моделирования задач прогнозирования. Основное внимание уделяется стати- стическим моделям и математическим методам прогнозирования. В различных задачах используются методы временных рядов, регрессионного анализа, ран- говые модели, методы вероятностного и статистического анализа. Приводятся методики и численные примеры решения различных задач прогнозирования. Все модели ориентированы на применение компьютерных технологий.

Рассмотрены основы метрологии, методы и средства электрорадиоизмерений, вопросы квалиметрии, стандартизации и оценивания соответствия. Рассмотрены вопросы автоматизации измерений, а также оценивание и поддержание качества радиоэлектронных изделий в процессе эксплуатации. Материал соответствует требованиям действующих нормативных документов в области метрологии, стандартизации, сертификации и технического регулирования, а также современным тенденциям развития теории измерений и измерительной техники.

Представлены математические модели, разработанные на основе теории электромагнитного поля, приведены примеры моделирования с помощью программы MathCAD 14 и программного комплекса COMSOL Multiphysics 3.4 электромеханических устройств с полыми немагнитными роторами (электромагнитные тормозы и демпферы, асинхронные двигатели, тахогенераторы и датчики угловых ускорений). Рассмотрена их реализация в качестве нагрузочно-измерительных устройств для испытания электродвигателей.

В учебном пособии приведены краткие теоретические сведения по видам обеспечения задач электроэнергетики, необходимые для выполнения практических заданий, а также контрольных работ по дисциплине «Основы научных исследований». Приведены примеры задач и даны их решения.