Добірка наукової літератури з теми "Електромагнітні методи"

Розглядаються електричні та електромагнітні зовнішні фактори впливу (ЗФВ) на безпеку інформаційних та керуючих систем (ІКС) АЕС. Наведено результати впливу їх на ІКС, важливі для безпеки АЕС, методи боротьби зі шкідливим впливом, приклади модернізації ІКС АЕС і рішення для підвищення завадо­стійкості, значення ЗФВ, які можуть являти загрозу для здоров’я та життя обслуговуючого персоналу АЕС.

У статті запропонований простий метод оптимізації та розробки поляризаційних пристроїв с діафрагмами за допомогою методу еквівалентних мікрохвильових схем. Принцип методу полягає у розбитті схеми хвилеводного пристрою обробки поляризації на прості еквівалентні схеми. Кожна схема описується своїми матрицями розсіювання та передачі. Далі основні характеристики представленого пристрою виражаємо через елементи загальної хвильової матриці розсіювання. До базових електромагнітних характеристик пристрою належать такі: фазові, узгоджуючи та поляризаційні. Було розроблено поляризаційний пристрій із трьома діафрагмами на основі квадратного хвилеводу. У діапазоні частот 13,0-14,4 ГГц було здійснена процедура оптимізації електромагнітних характеристик. Сконструйований хвилевідний пристрій у робочому діапазоні частот підтримує диференційний фазовий зсув у межах 90° ± 4,0°. Пікове значення його коефіцієнта стійної хвилі за напругою приймає значення 2,04. Максимальне значення коефіцієнту еліптичності становить 0,6 дБ, а мінімальній рівень кросполярізаційної розв’язки становить 29,5 дБ. Для перевірки правильності отриманих результатів була здійснене числове моделювання пристрою із використанням методу скінченного інтегрування в частотній області та методо скінчених елементів в часовій області. Результати моделювання показали, що представлений метод має невелику розбіжність із відомими електродинамічними методами аналізу мікрохвильових пристроїв. Тому, розроблений новий хвилевідний поляризаційний пристрій з трьома діафрагмами представляє узгоджені та якісні електромагнітні характеристики у всьому робочому діапазоні частот 13,0–14,4 ГГц. Розроблений поляризаційний пристрій може використовуватися у антенних системах, де здійснюється поляризаційна обробка сигналів

Предметом даного дослідження є процеси формування електромагнітної обстановки у виробничому середовищі в умовах впливу на неї джерел електромагнітних полів різних амплітудно-частотних характеристик. Мета роботи розроблення методологічного підходу до попереднього оцінювання електромагнітної обстановки у приміщеннях різного призначення у залежності від типу та характеристик технологічного обладнання, параметрів електричних мереж та впровадження відповідних організаційно-технічних заходів захисту людей. Завданням дослідження є аналіз математичних методів розрахунку рівнів електромагнітних полів у залежності від поставлених задач та характеристик електромагнітних полів. Використано аналітичний метод оцінювання адекватності математичних функцій умовам формування електромагнітної обстановки. У роботі показано, що розрахункові та експериментальні методи не можуть бути використані окремо. Це пояснюється обов’язковою присутністю припущень та спрощень при моделюванні поширення електромагнітного поля навколо джерела та наявністю великих обсягів експериментальних даних за їх окремого використання. Зазначено, що більшість розроблених засобів оцінювання електромагнітної обстановки стосуються одного джерела поля або групи однотипних джерел, що не відповідає сучасним вимогам. Надано прикладний розрахунковий апарат для оцінювання зниження високочастотного електромагнітного поля неоднорідними (перфорованими) екрануючими поверхнями. Показано необхідність попереднього експериментального визначення електрофізичних властивостей використаних матеріалів для двокомпонентних захисних матеріалів. Зроблено висновок, що крім аналітичного оцінювання електромагнітної обстановки традиційними методами доцільним є розроблення програмно-технічного комплексу з моделювання поширення електромагнітного поля від джерела. Таке програмне забезпечення має враховувати геометричні характеристики приміщень та відбивні характеристики обмежуючих поверхонь.

Розроблені моделі і методи аналізу електронних інформаційно-комунікаційних засобів, що характеризуються високою швидкістю, що відображають як схемну, так і морфологічну структуру швидкодіючих компонентів сучасних спеціалізованих комп'ютерних систем. Запропонована модель відображає фізичні процеси, що працюють в широкому діапазоні частот до 10 терагерц і вище. Застосування нових принципів і технологій, в тому числі біо- і нанотехнологій, розробка монолітних інтегральних схем призвели до відставання технологій проектування від технологій їх експериментальних досліджень і виготовлення. Отримані результати дозволяють оцінити електромагнітні взаємодії як неавтономних компонентів, так і їх комунікаційних структур в рамках монолітних інтегральних схем та розширити можливості сучасних систем автоматизованого проектування наноелектроніки.

У статті проведено аналіз електромагнітних процесів в електричних колах з напівпровідниковими комутаторами. Створено математичну модель напівпровідникового перетворювача з чотиризонним регулюванням вихідної напруги для аналізу електромагнітних процесів у напівпровідникових перетворювачах з широтно-імпульсним регулюванням. Наведено графіки, що відображають електромагнітні процеси у електричних колах. Математична модель напівпровідникового перетворювача також використовується для дослідження перехідних процесів у напівпровідникових перетворювачах з активно-індуктивним навантаженням. Розвинуто метод багатопараметричнихфункцій, які входять до алгоритмічних рівнянь аналізу усталених і перехідних процесів у розгалужених електричних колах з напівпровідниковими комутаторами і реактивними елементами, в напрямку урахування особливостей використання фазних і лінійних напруг мережі електроживлення. Розроблено нову математичну модель усталених іперехідних процесів у електричних колах напівпровідникових перетворювачів модуляційного типу з багатоканальним зонним використанням фазних напруг трифазної мережі живлення без урахування втрат електроенергії у комутаторах для швидкої оцінки впливу параметрів навантаження на характеристики регульованих синусоїдних і постійних напруг. Результати цієї роботи можна використати для розвитку методу багатопараметричних модулюючих функцій для спрощення аналізу перехідних процесів у електричних колах без врахуванням втрат у ключових елементах. Бібл. 4, іл. 3

Матеріали та методи. Важливою причиною недостатньої ефективності антибактеріальної терапії туберкульозу є резистентність мікобактерій (МБТ). Із метою подолання цієї проблеми ми використали інформаційно-хвильову терапію (ІХТ) за допомогою апарата професора Колбуна М.Д. «ІХТ Поріг» у 87 хворих віком 19-65 років. 51,7 % пацієнтів мали вперше діагностований туберкульоз, чутливий до хіміопрепаратів, 48,3 % – резистентний. 50 хворих, зіставних за віком і клінічними формами вперше виявленого деструктивного туберкульозу легень зі збереженою чутливістю МБТ до хіміопрепаратів, становили контрольну групу. Результати та їх обговорення. Встановлено, що ІХТ запобігає розвитку резистентності МБТ у вперше виявлених хворих, прискорює та підвищує частоту припинення бактеріовиділення до 100 %. Для досягнення такого ефекту достатньо було 30 сеансів ІХТ. У хворих на мультирезистентний туберкульоз потрібно 40-50 сеансів ІХТ, а на туберкульоз із розширеною резистентністю – 50 і більше. Особливо важливим є вплив ІХТ на МБТ із мульти- й розширеною резистентністю. Відомо, що резистентність зумовлюють мутації генетичного апарату МБТ. Оскільки МБТ не мають плазмідної ДНК, то мутації можливі тільки шляхом фланкування інсерційних послідовностей нуклеотидів. Фланкування можливе на основі збалансованості частотних властивостей ДНК мікобактерій та інсерційних фрагментів ДНК. Апарат ІХТ випромінює електромагнітні хвилі, яким властива висока проникна здатність. Електромагнітні хвилі проникають крізь шкіру в глибокі тканини, впливають на соматичні й бактеріальні клітини, змінюючи частотні властивості їхнього генетичного апарату. Наведене електромагнітне поле ІХТ взаємодіє з електромагнітним полем ДНК генетичного апарату МБТ шляхом резонансу, зумовлює зміну їхньої структури та частотні властивості, внаслідок чого відбувається деблокування заблокованих мутацією ділянок ДНК мікобактерій, нормалізується їхня функція й відновлюється чутливість МБТ до дії протитуберкульозних препаратів, що підтверджується припиненням бактеріовиділення у хворих на резистентний туберкульоз легень уже через 1-2 місяці лікування. В основі позитивного впливу ІХТ на організм лежить передача енергії клітинам організму, що відновлює їхню функціональну здатність і швидко нормалізує самопочуття, апетит, сон хворого, відновлює детоксикаційну функцію організму, нівелює побічні ефекти хіміопрепаратів, чим забезпечує проведення повноцінного курсу лікування та його високу ефективність у строки у 2-3 рази коротші, ніж передбачено протоколом. Другим позитивним ефектом запропонованого способу є скорочення тривалості курсу лікування з 20 до 6-8 місяців. За цей період припиняється бактеріовиділення та загоюються порожнини розпаду легень. Пацієнт одужує. Третім позитивним ефектом є здатність ІХТ профілактувати й усувати ускладнення та побічні реакції організму хворого на хіміопрепарати. Це забезпечує нормальну переносимість хіміотерапії. Хворі не порушують режим прийому препаратів, і їм проводиться повноцінний курс лікування. Четвертим позитивним ефектом є відсутність негативного впливу ІХТ на організм хворого. Незалежно від частоти та тривалості дії випромінювання апарат чинить виражений позитивний вплив на організм, що визначає відсутність протипоказань для застосування з метою лікувальних процедур. Запропонований спосіб відновлення чутливості МБТ, резистентних (у тому числі мультирезистентних і з розширеною резистентністю) до протитуберкульозних препаратів, вивчався в клінічному випробуванні протягом 15 років у Полтавському обласному клінічному протитуберкульозному диспансері. Загалом було проліковано 74 хворих. Позитивними ефектами виявилися швидке припинення бактеріовиділення та вилікування хворих на резистентний туберкульоз. Клінічний випадок. Хворий Б., 35 років, таксист. Діагноз: туберкульоз із розширеною резистентністю обох легень (дисемінований). Дестр+, МБТ+, М+, К+, резист. І (HRZSE), резист. ІІ (Km, Ofx), гіст. 0, категорія 4 (РТБ). Уперше на туберкульоз захворів у 1999 р. – вилікувався. У 2005 р. трапився рецидив, лікування протягом 3 років ефекту не дало. Температура тіла постійно 38 ºС, кашель із виділенням мокротиння. Рентгенограма органів грудної клітки від 09.01.2008: в обох легенях зливні вогнищеві тіні різної величини й інтенсивності, у верхніх частках визначаються праворуч 1 каверна середнього розміру, ліворуч – 2 каверни. Корені ущільнені. Від госпіталізації відмовився через сімейні обставини. 15 січня 2008 р. хворому було призначено ІХТ у поєднанні з основними протитуберкульозними препаратами та препаратами резервного ряду (3 HRELfхAm 3 HRE) в амбулаторних умовах. 10.01.2008: мазок мокротиння – КСП+, культуральний метод – МБТ+. 06.03.2008 (після 30 сеансів ІХТ): мазок мокротиння – КСП не виявлено, посів мокротиння на поживне середовище – знайдено МБТ (3 колонії). Порожнини розпаду в легенях зменшилися в розмірах. 26.05.2008 (після 50 сеансів ІХТ): МБТ бактеріоскопічно та культурально не виявлено (росту немає). 27.06.2008 лікування хворого було завершено. Тривалість курсу становила 5,5 місяців. Хворий отримав 101 сеанс ІХТ, досягнуто позитивної клініко-рентгенологічної динаміки, припинилося бактеріовиділення. Рентгенографія органів грудної клітки від 02.09.2008: інфільтрація розсмокталася, деструкцій не виявлено. Минуло 13 років – пацієнт здоровий! Отже, достатньо було 5,5 місяців лікування за допомогою запропонованого способу, щоб досягти видужання пацієнта на туберкульоз із розширеною резистентністю МБТ.

Друга із серії статей, присвячених питанням електромагнітної сумісності компонентів інформаційних і керуючих систем (ІКС), важливих для безпеки АЕС. Розглядаються методи перевірки завадостійкості, регламентовані в міжнародних, європейських і національних стандартах України та Росії.

Розглянуто комбінований числово-аналітичний метод параметричного проєктування підкладкового поляризатора терагерцового електромагнітного випромінювання, побудованого на підставі дротяних сіток. Здійснено літературний огляд порівняльних характеристик можливих конструкцій поляризаторів різних типів та описано перевагу конструкцій на підставі дротяних сіток. Наведено огляд матеріалів, що використовують для виготовлення відповідних поляризаторів для різної довжини хвилі випромінювання. Проаналізовано методи, що застосовують для розрахунку характеристик і параметрів поляризаторів на підставі дротяних сіток. Розроблений числово-аналітичний метод параметричного проєктування базується на аналітичному розрахунку ефективних антивідбивних характеристик конструкції елементарної комірки поляризатора. У межах методу розроблено скінченно-елементну модель поляризатора, реалізовану за допомогою програмного забезпечення COMSOL Multiphysics, що дає змогу уточнити характеристики конструкції елементарної комірки і можливості для їх розширення за допомогою числового моделювання методом скінченних елементів задачі поширення електромагнітних хвиль у цій конструкції в частотній області зі специфічними граничними умовами, що сукупно дає наукову новизну. Отримані результати моделювання добре узгоджуються з відомими експериментальними результатами та тісно корелюють з результатами моделювання, що отримали інші наукові групи, що свідчить про адекватність та практичну цінність методу для завдань проєктування поляризаторів терагерцового випромінювання з антивідбивними, високопропускними, низьковтратними та надійними характеристиками. Окрім цього, завдяки використанню числової скінченно-елементної складової, запропонований метод досить просто розширити способом зміни геометрії елементарної комірки для дослідження таких перспективних об'єктів, як багатошарові поляризатори чи поляризатори на підставі складніших мета- чи композиційних матеріалів.

Більш чіткі фундаментальні знання принципів електромагнітної організації функціонування організму людини можуть створити науковий базис для подальшого розв’язання низки медичних проблем сучасності і зокрема сприяти подоланню світової пандемії хронічних неінфекційних захворювань Метою дослідження є удосконалення методів діагностики, лікування та профілактики хронічних неінфекційних захворювань шляхом вивчення та залучення новітніх наукоємких технологій. Було здійснено аналіз електрофотонної емісії 126 хворим на ішемічну хворобу серця. Отримані результати порівняно до показників контрольної групи – 56 функціонально здорових осіб. Аналіз електрофотонної емісії з пальців рук людини пропонується автором як одна із перспективних методик можливого дослідження системних електромагнітних енергетичних процесів людського організму при здійсненні об’єктивного клінічного обстеження пацієнтів.

На сьогоднішній день основна частина досліджень та прикладних розробок щодо розроблення матеріалів для екранування електромагнітних полів різних частотних діапазонів є експериментальними, особливо це стосується сучасних композиційних матеріалів. Встановлено, що актуальною є задача вироблення раціональної методології розрахункового прогнозування ефективності матеріалів для екранування електромагнітних полів. Мета роботи − надання зручного у використанні розрахункового апарату для прогнозування захисних властивостей матеріалів для екранування електромагнітних полів, що дозволить мінімізувати обсяги експериментальних робіт під час проектування захисних конструкцій. Наведено, виходячи з фундаментальних співвідношень електродинаміки суцільних середовищ, зручні у використанні залежності коефіцієнтів екранування металевих та композиційних матеріалів від їх геометричних, магнітних та електрофізичних властивостей. Обґрунтовано співвідношення щодо визначення внеску відбиття електромагнітних хвиль у загальний коефіцієнт екранування. Це дозволяє розрахувати товщину електромагнітного екрана на принципах розумної достатності. Показано, що для ефективного використання розрахункових методів оцінювання захисних властивостей композиційних матеріалів для екранування магнітних та електромагнітних полів потрібна наявність надійних експериментальних даних щодо магнітних та електрофізичних властивостей найбільш поширених за складом композиційних матеріалів

В кваліфікаційній роботі проведено моделювання характеристик ЕС радіоелектронних засобів що підтвердело експериментальну залежність амплітуди напруги на другій лінії від амплітуди напруги на лінії, яка підключена до генератора. В рамках моделювання параметрів ЕМС імпульсних джерел живлення були розроблені моделі двох імпульсних джерел живлення.
In the qualification work the modeling of EC characteristics of electronic means was carried out, which confirmed the experimental dependence of the voltage amplitude on the second line on the voltage amplitude on the line connected to the generator. As part of the modeling of the EMC parameters of switching power supplies, models of two switching power supplies were developed.
ВСТУП 8 РОЗДІ 1. ОСНОВНА ЧАСТИНА 10 1.1 Аналіз можливостей пакету програм CST STUDIO SUITE 10 1.2 Висновки до розділу 1 15 РОЗДІЛ 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 16 2.1. Паразитні зв’язки в кабельних мережах 16 2.2. Випромінювання від кабелю 27 2.3 Випромінювання від кабелю ‘вита пара’ 31 2.4 Лабораторний стенд для демонстрації паразитних електромагнітних зв'язків ближнього поля 34 2.5 Модель стенда для демонстрації паразитних електромагнітних зв'язків ближнього поля 35 2.6. Висновки до розділу 2 40 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 41 3.1. Моделювання параметрів емс імпульсних джерел живлення 41 3.2. Модель імпульсного джерела живлення з мультивібратором 47 3.3. Стенд для демонстрації емісії ІРП на основі генератора тактової частоти 50 3.4 Модель стенда для демонстрації емісії ІРП на основі генератора тактової частоти 53 3.5 Аналіз можливих причин розбіжності результатів моделювання і вимірювань 57 3.3. Висновки до розділу 3 69 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 71 4.1. Охорона праці 71 4.2. Безпека в надзвичайних ситуаціях 73 4.3. Висновки до розділу 4 76 ВИСНОВКИ 77 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 79 Додаток А. Копія тези конференції 82

Згідно стандарту МЕК 50-161-90 електромагнітна сумісність (ЕМС) технічних засобів – це їх здатність функціонувати задовільно в навколишньому електромагнітному середовищі, не створюючи недопустимих електромагнітних завад будь-чому в даному середовищі.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. У дисертаційній роботі вирішується важлива науково-технічна проблема підвищення якості електропостачання електротехнічних об'єктів, комплексів та систем і забезпечення їх електромагнітної сумісності шляхом розвитку математичного та апаратного забезпечення систем обліку електроенергії з урахуванням енергетичної ефективності режимів електроспоживання і виявлених порушень меж електромагнітної сумісності з боку постачальника електричної енергії або її споживача. У вступі визначено існуючу проблему і обґрунтовано актуальність теми дисертації, наведено зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету і завдання наукового дослідження, розглянуто об'єкт та предмет досліджень, наведено перелік методів дослідження, що застосовувалися для досягнення поставленої мети роботи. Викладено наукову новизну й практичну значущість отриманих результатів, наведено дані про публікації й апробацію результатів роботи, охарактеризовано особистий внесок здобувача, надано відомості про впровадження результатів роботи. У першому розділі на підставі вивчення та систематизації результатів аналізу матеріалів з відкритих джерел сформульовані основні недоліки існуючих методів оцінки якості електропостачання та нормативної бази, яка не дозволяє у повному обсязі вирішувати конфліктні ситуації при виникненні порушень меж електромагнітної сумісності у розрізі електропостачальник-споживач. Також розглянуті методи визначення відповідальності за погіршення якості електричної енергії та окремих її показників. У другому розділі проведено аналіз типової схеми електропостачання, що дозволило зробити висновки та отримати основні числові характеристики системи електропостачання трифазного електротехнічного об'єкту з напругою живлення 10 кВ. За допомогою комп’ютерної моделі показано взаємний вплив декількох споживачів на показники якості напруги у точці приєднання та проаналізовано вплив параметрів системи електропостачання ці показники. Показано, що визначення джерела вищих гармонік за напрямком складової потужності вищої гармоніки не дозволяє гарантовано виділити споживача з нелінійним навантаженням у разі якщо кількість таких споживачів більша за одного. Також проаналізовано сумісність стандартів EN 50160 та IEEE 519 з точки зору норми рівнів гармонійних складових у складі струму та напруги. Отримані результати дозволяють говорити про наявність окремих моментів в яких вищи гармонійні складові струму, що генерує споживач не порушуючи меж стандарту IEEE 519, можуть викликати наявність гармонік напруги що перевищують норми установлені EN 50160. Також зроблено висновки щодо встановлення обмежень генерації вищих гармонійних складових за допомогою нормованих значень опору системи. У третьому розділі запропоновано подальший розвиток математичного апарату визначення коефіцієнтів потужності та втрат, як показників якості електроспоживання, зокрема обґрунтовані визначення інтегральних коефіцієнтів втрат для трифазних трипровідних та чотирьохпровідних мереж. Отримала подальший розвиток теорія "еталонного" споживача. Показано, що в трифазній трипровідній мережі еталонним споживачем незалежно від параметрів напруги є симетричний трикутник постійних активних опорів. Показано, що в трифазній чьотирьохпровідній системі еталонним споживачем незалежно від параметрів напруги є поєднання симетричного трикутника постійних активних опорів і симетричної зірки, опір в гілках якої в стільки ж разів більше опорів трикутника, у скільки разів активний опір провіднику нейтралі більше опору фазних провідників. Вперше запропоновано математичний апарат виділення окремих складових із загальних коефіцієнтів потужностей та втрат за такими типами спотворень як несиметрія, нелінійність, реактивність та нестаціонарність. Запропоновано концепцію еталонного реактивного споживача з умов максимуму потужності або мінімуму втрат при рівності співвідношень перетоків потужності від і до споживача, що дозволяє реалізувати обчислення коефіцієнту реактивності та потужності при довільній формі напруги у однофазних та трифазних мережах. Показано, що при такій постановці еталонний реактивний споживач тяжіє до генерації вищих гармонік і не має зручного аналітичного або чисельного рішення для порівняння з поточним споживачем. Запропоновано концепцію середньореактивного споживача, у якого усі гармоніки мають рівне співвідношення перетікань потужності до і від споживача, що дозволяє реалізувати порівняння режиму електроспоживання поточного споживача з таким середньореактивним. Запропоновано методику оцінки коефіцієнтів втрат і потужності від несиметрії для трифазного споживача при довільній напрузі. Запропоновано методику оцінки співвідношення коефіцієнтів втрат від реактивності і нелінійності споживача шляхом поділу відповідних гармонік струму Фризе у напрямку активної складової. Запропоновано методику оцінки коефіцієнтів втрат і потужності від нестаціонарності споживання. У четвертому розділі проведено аналіз характеру комплексного опору електричної мережі в залежності від параметрів її елементів для типових випадків підключення споживачів на напрузі 10 КВ. Отримана залежність дозволяє говорити про можливе застосування нормованих значень для оцінки пропускної здатності мережі. Набув подальшого розвитку метод вимірювання електричних параметрів трифазної мережі заснований на апроксимації вхідного сигналу сумою гармонійних складових. Особливостями методу є автоматичне підстроювання по частоті і тривалості інтервалу спостереження у заданому діапазоні, використання повного набору напруг фаз (або лінійних) при визначенні частоти з урахуванням їх вагових значень, що дозволяє зменшити похибки вимірювання у складних умовах – при наявності несиметрії, вищих гармонік, аперіодичної складової або при відсутності напруги у окремій фазі. Крім того, метод вимірювання використовує постійну частоту квантування вхідних цифрових даних, що дозволяє спростити апаратну частину приладу. Запропоновано метод обчислення діючих значень з точною прив'язкою до періоду напруги, одержуваного попереднім методом, що дозволяє виключити частотну похибку при вимірюванні незалежно від розташування початку та закінчення інтервалу спостереження відносно відліків вхідного цифрового сигналу. Запропоновано систему обліку електричної енергії з використанням показників якості електричної енергії та ефективності електроспоживання. Особливістю системи є додатковий облік втрат на передачу електричної енергії шляхом порівняння характеристик електроспоживання поточного споживача з такими для еталонного споживача, тобто використання коефіцієнтів втрат або потужності. Такий метод обліку дозволяє коректно тарифікувати всі відхилення в режимах роботи навантаження, такі як реактивність, нелінійність і нестаціонарність. Запропоновано систему штрафних санкцій за погіршення якості електричної енергії, заснована на підрахунку "штрафної" енергії в разі, якщо споживач порушує норми електроспоживання і "нетарифікованої" енергії, в разі коли порушень з боку споживача немає, але якість електроенергії не відповідає нормам. Запропоновано основи тарифікації на базі даної системи обліку електроенергії. У п'ятому розділі експериментально отримані дані, що підтверджують теоретичні положення розділів 3 та 4. Зокрема були реалізовані оцінки якості електроспоживання шляхом порівняння з набором еталонних споживачів. Експеримент показав можливість успішного застосування виділення струму Фрізе і його подальшого аналізу з метою оцінки якості електроспоживання. При цьому можливе паралельне використання його трифазної і однофазної реалізацій для оцінки несиметрії, нелінійності і реактивності відповідно. Запропонована в розділі 3 методика порівняння з еталонним среднереактівним споживачем не виявила себе в якості ефективного інструменту аналізу і не представляється перспективною. У той же час поділ гармонійних складових струму Фрізе у напрямку їх активної складової дозволяє ефективно відстежувати джерело походження струмів вищих гармонік. Визначені вище методи з використанням моделі фрагменту енергосистеми з різними типами навантаження підтвердили коректність розроблених методів оцінки якості електроспоживання. Випробування за допомогою осцилограм, отриманих на реальних трифазних навантаженнях (тягової підстанції) також підтвердило працездатність та ефективність розроблених методів оцінки. В моделях з перевищенням допустимих режимів, використання математичного апарату розробленого в розділі 4 дозволило виявити джерело спотворень, навіть за умови коли одночасно декілька споживачів виступають в якості джерел цих спотворень.
The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of technical sciences on a specialty 05.09.03 - "Electrotechnical complexes and systems". - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2019. In the dissertation the important scientific and technical problem of increase of quality of power supply of electrotechnical objects, complexes and systems and maintenance of their electromagnetic compatibility by development of mathematical and hardware of systems of the account of the electric power taking into account energy efficiency of modes of power consumption and the revealed infringements of electromagnetic compatibility energy or its consumer. In the introduction the existing problem is defined and the urgency of the dissertation topic is substantiated, the connection of work with scientific programs, plans, themes is given, the purpose and tasks of scientific research are formulated, the object and subject of researches are considered, the list of research methods applied for achievement of the set purpose is given work. The scientific no velty and practical significance of the obtained results are stated, the data on publications and approbation of the results of the work are given, the personal contribution of the applicant is characterized, the information on the implementation of the results of the work is given. In the first section, based on the study and systematization of the results of analysis of materials from open sources, the main shortcomings of existing methods of assessing the quality of electricity supply and regulatory framework, which does not fully resolve conflict situations in violation of electromagnetic compatibility in terms of electricity supplier - consumer. Methods for determining the responsibility for the deterioration of electricity quality and its individual indicators are also considered. The second section analyzes the typical power supply scheme, which allowed to draw conclusions and obtain the main numerical characteristics of the power supply system of a three-phase electrical facility with a supply voltage of 10 kV. The computer model shows the mutual influence of several consumers on the quality indicators of the voltage at the point of connection and analyzes the influence of the parameters of the power supply system, these indicators. It is shown that the definition of the source of higher harmonics in the direction of the component power of the higher harmonic does not guarantee to allocate a consumer with a nonlinear load if the number of such consumers is greater than one. The compatibility of EN 50160 and IEEE 519 standards in terms of the norm of levels of harmonic components in the composition of current and voltage is also analyzed. The obtained results allow to speak about the presence of certain moments in which the higher harmonic components of the current generated by the consumer without violating the IEEE 519 standard can cause the presence of voltage harmonics exceeding the norms set by EN 50160. It is also concluded that the generation of higher harmonic components system resistance values. The third section proposes further development of the mathematical apparatus for determining power and loss coefficients as indicators of power consumption quality, in particular, the determination of integrated loss coefficients for three-phase three-wire and four-wire networks is substantiated. The theory of the "reference" consumer was further developed. It is shown that in a three-phase three-wire network the reference consumer, regardless of the voltage parameters, is a symmetrical triangle of constant active resistances. It is shown that in a three-phase four-wire system the reference consumer, regardless of voltage parameters, is a combination of a symmetric triangle of constant active resistances and a symmetric star, the resistance in the branches of which is as many times the resistance of the triangle as the active resistance of the neutral conductor. For the first time, a mathematical apparatus for selecting individual components from the total power and loss coefficients for such types of distortions as asymmetry, nonlinearity, reactivity and nonstationarity has been proposed. The concept of the reference reactive consumer from the conditions of maximum power or minimum losses at equality of ratios of power flows from and to the consumer is offered, that allows to realize calculation of coefficient of reactivity and power at any form of voltage in single-phase and three-phase networks. It is shown that in such a statement the reference reactive consumer tends to generate higher harmonics and does not have a convenient analytical or numerical solution for comparison with the current consumer. The concept of the average reactive consumer is proposed, in which all harmonics have an equal ratio of power flows to and from the consumer, which allows to compare the current consumption mode of the current consumer with such an average reactive one. A method for estimating the coefficients of loss and power from asymmetry for a three-phase consumer at arbitrary voltage is proposed. A method for estimating the ratio of the coefficients of losses from reactivity and nonlinearity of the consumer by dividing the corresponding harmonics of the Frieze current in the direction of the active component is proposed. A method for estimating the coefficients of losses and power from non-stationary consumption is proposed. In the fourth section the analysis of character of complex resistance of an electric network depending on parameters of its elements for typical cases of connection of consumers on voltage of 10 KV is carried out. The obtained dependence allows us to talk about the possible use of normalized values to estimate network bandwidth. The method of measuring the electrical parameters of a three-phase network based on the approximation of the input signal by the sum of harmonic components has been further developed. Features of the method are automatic adjustment of the frequency and duration of the observation interval in a given range, the use of a complete set of phase voltages (or linear) in determining the frequency taking into account their weight values, which reduces measurement errors in difficult conditions - in the presence of asymmetry, higher harmonics, aperiodic component or in the absence of voltage in a separate phase. In addition, the measurement method uses a constant quantization frequency of the input digital data, which simplifies the hardware of the device. A method of calculating the current values with a precise reference to the voltage period obtained by the previous method is proposed, which eliminates the frequency error in the measurement regardless of the location of the beginning and end of the observation interval relative to the input digital signal. The system of the account of electric energy with use of indicators of quality of electric energy and efficiency of electric consumption is offered. A feature of the system is the additional accounting of losses for the transmission of electricity by comparing the characteristics of electricity consumption of the current consumer with those for the reference consumer, ie the use of loss factors or power. This method of accounting allows you to correctly rate all deviations in the modes of load, such as reactivity, nonlinearity and nonstationarity. A system of penalties for deterioration of electricity quality is proposed, based on the calculation of "penalty" energy if the consumer violates the norms of electricity consumption and "non-tariffed" energy, if there are no violations by the consumer, but the quality of electricity does not meet the norms. The basics of billing on the basis of this electricity metering system are proposed. In the fifth section, the data confirming the theoretical provisions of sections 3 and 4 were experimentally obtained. In particular, estimates of the quality of electricity consumption were implemented by comparison with a set of reference consumers. The experiment showed the possibility of successful application of Frieze current generation and its subsequent analysis to assess the quality of electricity consumption. At the same time parallel use of its three-phase and single-phase implementations for an estimation of asymmetry, nonlinearity and reactivity accordingly is possible. The method of comparison with the reference average reactive consumer proposed in section 3 has not proved to be an effective tool of analysis and does not seem promising. At the same time, the separation of the harmonic components of the Frieze current in the direction of their active component allows you to effectively track the source of currents of higher harmonics. The above methods using the model of a fragment of the power system with different types of load confirmed the correctness of the developed methods for assessing the quality of electricity consumption. Tests using oscillograms obtained on real three-phase loads (traction substation) also confirmed the efficiency and effectiveness of the developed assessment methods. In models with exceeding the permissible modes, the use of the mathematical apparatus developed in Section 4 allowed to identify the source of distortion, even if several consumers act as sources of these distortions at the same time.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. У роботі міститься вирішення актуальної наукової проблеми аналізу якості електропостачання та електромагнітної сумісності електротехнічних комплексів та систем. Ця проблема полягає у відсутності математичної бази та, відповідно, нормативної бази оцінювання впливу окремого електротехнічного комплексу або системи споживача на якість електроенергії. Діючи норми покладають усю відповідальність за низьку якість електропостачання на безпосередньо постачальну організацію у вигляді штрафів, що, як показує досвід, не сприяє побудові оптимальних систем електропостачання. В роботі запропоновано оцінку якості електропостачання шляхом порівняння режиму електроспоживання діючого електротехнічного комплексу з еталонним споживачем у вигляді числових коефіцієнтів потужності та втрат. Отримані розрахункові формули для однофазних, трифазних трипровідних та чотирьохпровідних систем електропостачання. Запропоновано розподіл загальних втрат на втрати від несиметрії, не лінійності, реактивності та нестаціонарності. Запропоновано та досліджено концепції еталонного реактивного споживача та усередненого реактивного споживача. Запропоновано методику врахування якості електроспоживання при розрахунках за спожиту електроенергію, яка створює економічний стимул для підвищення ефективності енергорежимів споживача. Запропоновано методику оцінки порушення споживачем норм споживання за величиною потужності і гармонійних складових, що потенційно здатні викликати вихід показників якості електричної енергії за допустимі межі. Надано основи методики побудови штрафних санкцій щодо споживача у разі перевищення допустимих параметрів електроспоживання, а також штрафних санкцій щодо постачальника електричної енергії у разі низької якості електричної енергії та відсутності порушень з боку споживача.
The dissertation on achieving the scientific degree Doctor of Technical Sciences by specialty 05.09.03 – "Electrotechnical complexes and systems" - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2020. The paper contains the solution of the actual scientific problem of the analysis of quality of power supply and electromagnetic compatibility of electrotechnical complexes and systems. This problem is the lack of a mathematical basis and, accordingly, a regulatory framework for assessing the impact of a particular electrical complex or consumer system on the quality of electricity. The current regulations place all responsibility for the low quality of electricity supply directly on the supply organization in the form of fines, which, as experience shows, does not contribute to the construction of optimal power supply systems. The paper analyzes the compatibility of the existing regulatory framework (including IEEE519, EN50160) and evaluates the effectiveness of the proposed methods of determining responsibility using computer simulations. The analysis showed that the existing methods have significant limitations, as a result of which they are not suitable for practical application. The paper proposes an assessment of the quality of power supply by comparing the mode of power consumption of the existing electrical complex with the reference consumer in the form of numerical coefficients of power and losses. Calculation formulas for single-phase, three-phase three-wire and four-wire power supply systems are obtained. Three-phase three-wire system the reference consumer, regardless of the voltage parameters, is a symmetrical triangle of constant active resistance is shown. Three-phase four-wire system the reference consumer, regardless of voltage parameters, is a combination of a symmetric triangle of constant active resistances and a symmetrical star, the resistance in the branches of which is as many times more than the resistance of the triangle is shown. It is noted that the general assessment of the loss ratio is not informative enough about the reasons for the deterioration of electricity quality. To solve this problem, the division of total losses into losses from asymmetry, nonlinearity, reactivity and nonstationarity is proposed. The concept of the reference reactive consumer is offered, and conclusions concerning possibility and expediency of its use are made. A method for determining the reactivity coefficient by volumes of energy flowing in the forward and reverse directions is proposed. The concept of the average reactive consumer is offered. The paper proposes to build an assessment of the contribution of a separate electrical complex or consumer system in the deterioration of power supply on the basis of power values specified in the contract and the establishment of normalized resistance of the power supply system. Based on these values, a mathematical apparatus is proposed, which allows not only to determine the fact of violation of the limits of electromagnetic compatibility but also to quantify the amount of electricity that has been damaged. It is proposed to determine the coefficient of losses from asymmetry using a reference consumer. This coefficient is calculated as the ratio between the power loss of three independent single-phase reference consumers to the losses of the reference three-phase consumer. This solution avoids the influence of such factors as nonlinearity and reactivity. In addition, the device of symmetrical components is not used, which is inconvenient in the case of non-sinusoidal voltages and currents. It is proposed to select individual coefficients of losses from reactivity and nonlinearity, which are calculated by dividing the harmonic components of the distortion current by the power direction. The method of calculation of losses from nonstationarity is calculated, which is calculated as the ratio of total losses of reference consumers on several "short" intervals, and losses of the reference consumer on a long interval that includes all "short". The analysis of character of complex resistance of an electric network depending on parameters of its elements for typical cases of connection of consumers of various character on voltage of 10 KV is carried out. The obtained dependence allows us to talk about the possible use of normalized values to estimate network bandwidth. An empirical method for calculating the normalized resistance is proposed. A method for measuring the parameters of the electrical network mode is proposed, which allows to implement algorithms for assessing the quality of power consumption, the advantages of which are self-synchronization, calculation of values strictly for one period of the main voltage harmonic, absence of gaps and overlays of observation intervals. A method for measuring the current values of currents and voltages on their discrete images is proposed, taking into account the discrepancy between the moments of the initial and final readings of the digital image of the signal with the moments of the beginning and end of the measurement period. A method of taking into account the quality of electricity consumption in the calculations for the consumed electricity is proposed, which creates an economic incentive to increase the efficiency of energy regimes of the consumer. The method of estimation of infringement by the consumer of norms of consumption on size of power and harmonic components which are potentially capable to cause an exit of indicators of quality of electric energy beyond admissible limits is offered. The basics of the method of construction of penalties against the consumer in case of exceeding the allowable parameters of electricity consumption, as well as penalties against the supplier of electricity in case of low quality of electricity and the absence of violations by the consumer. In the experimental part of the work the application of the offered mathematical devices on the examples of test mathematical models and oscillograms obtained on real objects is tested. The experiment allowed to confirm the effectiveness of the proposed methods, in addition to the method of comparison with the reference medium-reactive consumer, which has not proved to be an effective tool for analysis and does not seem promising. Also in the work the hardware realization in the form of the electric energy meter taking into account its quality is offered.

У посібнику запропоновано методику розвитку критичного мислення (МРКМ) здобувачів освіти в процесі вивчення спеціальної теорії відносності й електродинаміки у закладах вищої освіти та в закладах загальної середньої освіти. Обґрунтовано теоретичну модель МРКМ. Конкретними прикладами продемонстровано дидактичні можливості використання цієї методики під час вивчення основ релятивістської механіки та електродинаміки на засадах вимог програм з фізики для профільних класів закладів загальної середньої освіти. Значну увагу приділено обґрунтуванню та поясненню суперечностей, що мають місце в електродинаміці та методиці її навчання. Окреслено способи спростування суперечностей в електродинаміці та методиці її навчання, основу яких становлять принцип фундаменталізації та критично-конструктивний аналіз електромагнітних явищ на послідовно релятивістських засадах. Моделі розв’язання задач, що пропонуються, будуть корисними як для здобувачів вищої освіти, так і для учнів закладів загальної середньої освіти. Задачі охоплюють, в основному, релятивістську кінематику. А завдання для контролю та самоконтролю знань орієнтовані на розвиток критичного мислення суб’єктів навчальної діяльності. Адресовано студентам фізичних спеціальностей педагогічних університетів, магістрантам, викладачам, слухачам закладів післядипломної педагогічної освіти, аспірантам і докторантам, які досліджують проблеми розвитку критичного мислення особистості.