Electrical Engineering & Electromechanics (E-Journal - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute") / Електротехніка і Електромеханіка (Національний технічний університет - "Харківський політехнічний iнститут")
Not a member yet
941 research outputs found
Sort by
Enhancing grid stability and low voltage ride through capability using type 2 fuzzy controlled dynamic voltage restorer
Get PDFIntroduction. The integration of Renewable Energy Sources (RESs), particularly Wind Energy Conversion Systems (WECS), is vital for reducing reliance on fossil fuels and addressing climate change. However, this transition poses challenges, including ensuring grid stability in the face of intermittent RESs. Compliance with grid codes is crucial, with a focus on Low Voltage Ride Through (LVRT) capability. Problem. The intermittent nature of RESs, specifically in Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) based WECS, presents challenges to grid stability during voltage dips. Goal. To enhance voltage stability and LVRT capability in PMSG-based WECS by integrating a Dynamic Voltage Restorer (DVR) with an energy storage device. This involves regulating the input DC voltage to the DVR using a type 2 fuzzy controller, adapting intelligently to changing conditions. Methodology. DVR, powered by an energy storage device, is strategically integrated with WECS. A type 2 fuzzy controller regulates the DC voltage to DVR. The rectified WECS output undergoes processing through an isolated flyback converter. A 31-level Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter (CHBMLI) with PI control ensures high-quality AC output. Results. The validation of developed system is executed using MATLAB/Simulink revealing a reduced Total Harmonic Distortion (THD) value of 1.8 %, ensuring significance in LVRT capability. Originality. The strategic integration of DVR with PMSG-based WECS, addresses the LVRT challenges. The use of type 2 fuzzy controller for intelligent voltage regulation and a sophisticated multilevel inverter contributes to the uniqueness of proposed solution. Practical value. The developed system provides benefits by ensuring reliable LVRT capability in PMSG-based WECS with reduced THD of 1.8 % indicating improved grid compatibility. References 26, tables 5, figures 20.Вступ. Інтеграція відновлюваних джерел енергії (RESs), особливо систем перетворення енергії вітру (WECS), має життєво важливе значення для зниження залежності від викопного палива та вирішення проблеми зміни клімату. Однак цей перехід створює проблеми, у тому числі забезпечення стабільності мережі в умовах уривчастої роботи RESs. Дотримання мережевих норм має вирішальне значення, при цьому особлива увага приділяється можливості роботи при низькій напрузі (LVRT). Проблема. Уривчастий характер RESs, особливо в WECS на основі синхронного генератора з постійними магнітами (PMSG), створює проблеми для стабільності мережі під час провалів напруги. Мета. Підвищити стабільність напруги та можливості LVRT у WECS на базі PMSG за рахунок інтеграції динамічного відновника напруги (DVR) із пристроєм зберігання енергії. Це передбачає регулювання вхідної постійної напруги на DVR за допомогою нечіткого контролера типу 2, що інтелектуально адаптується до умов, що змінюються. Методологія. DVR, який працює від накопичувача енергії, стратегічно інтегрований із WECS. Нечіткий контролер типу 2 регулює напругу постійного струму, що подається на DVR. Випрямлений вихідний сигнал WECS проходить обробку через ізольований зворотноходовий перетворювач. 31-рівневий каскадний багаторівневий інвертор H-Bridge (CHBMLI) із ПІ-регулюванням забезпечує високоякісний вихід змінного струму. Результати. Валідація розробленої системи виконується з використанням MATLAB/Simulink, демонструючи зменшене значення загального гармонічного спотворення (THD) 1,8 %, що забезпечує важливість можливостей LVRT. Оригінальність. Стратегічна інтеграція DVR із WECS на базі PMSG вирішує проблеми LVRT. Використання нечіткого контролера 2-го типу для інтелектуального регулювання напруги та складного багаторівневого інвертора сприяє унікальності запропонованого рішення. Практична цінність. Розроблена система забезпечує переваги, забезпечуючи надійну роботу LVRT у WECS на базі PMSG зі зниженим THD на 1,8 %, що вказує на покращену сумісність із мережею. Бібл. 26, табл. 5, рис. 20
An adaptive controller for power quality control in high speed railway with electric locomotives with asynchronous traction motors
Get PDFIntroduction. Power quality in an electric railway system pertains to the dependability, consistency, and purity of the electrical power provided to different components and systems within the railway infrastructure. Assessing power quality offers considerable opportunities to improve the efficiency of railway systems. Problem. Managing the flow of active and reactive power effectively, decreasing harmonic currents, and addressing the negative sequence component are all critical parts of improving power quality for electrified rail systems. As a result, flexible AC transmission systems are the major means of minimizing or decreasing these difficulties. Purpose. This study describes a half-bridge reactive power railway power conditioner (HB-RPC) with a novel Ynev balancing transformer. HB-RPC is made up of four switching devices and two DC capacitors and the compensator’s stability is determined by the operating voltage of the DC-link. Any variations or imbalances in the DC voltage might cause the compensator to operate in an unstable manner. Novelty. Of a novel balanced transformer with HB-RPC in a high-speed railway system with two scenarios. Methods. The study utilized MATLAB/Simulink software for simulation purposes. The system integrates a fuzzy logic controller (FLC) and a PI controller to optimize DC voltage, ensuring its constancy and balance, with the objective of improving the overall stability of the system. Results. The simulation outcomes illustrate the efficacy of the control approach. Through a comparison of results between scenarios (two and four trains) with the PI-based-HB-RPC and the FLC-based-HB-RPC, the system exhibits enhanced stability for the proposed railway system when employing the FLC-based-HB-RPC, compared to a controller based on PI. Practical value. The proposed configuration elucidates its role in enhancing both the dynamic performance of the system and the power quality of the three-phase rail traction chain.Вступ. Якість електроенергії в системі електричних залізниць відноситься до надійності, сталості та чистоти електроенергії, що подається різним компонентам та системам залізничної інфраструктури. Оцінка якості електроенергії відкриває значні можливості підвищення ефективності залізничних систем. Проблема. Ефективне керування потоками активної та реактивної потужності, зниження гармонійних струмів та усунення компонента зворотної послідовності – все це важливі частини покращення якості електроенергії для електрифікованих залізничних систем. В результаті гнучкі системи передачі змінного струму є основним засобом мінімізації чи зменшення цих труднощів. Мета. У цьому дослідженні описується напівмостовий стабілізатор реактивної потужності залізниці (HB-RPC) з новим балансуючим трансформатором Ynev. HB-RPC складається з чотирьох перемикаючих пристроїв та двох конденсаторів постійного струму, а стабільність компенсатора визначається робочою напругою ланки постійного струму. Будь-які зміни або дисбаланс напруги постійного струму можуть призвести до нестабільної роботи компенсатора. Новизна. Стосується нового балансного трансформатора з HB-RPC у системі високошвидкісних залізниць із двома сценаріями. Методи. У дослідженні використовувалося програмне забезпечення MATLAB/Simulink з метою моделювання. Система поєднує контролер нечіткої логіки (FLC) та ПІ-регулятор для оптимізації напруги постійного струму, забезпечення його сталості та балансу з метою покращення загальної стабільності системи. Результати. Результати моделювання ілюструють ефективність підходу до управління. За допомогою порівняння результатів сценаріїв (два та чотири поїзди) з HB-RPC на основі ПІ та HB-RPC на основі FLC система демонструє підвищену стабільність для запропонованої залізничної системи при використанні HB на основі FLC-RPC, у порівнянні з контролером з застосуванням ПІ. Практична цінність. Запропонована конфігурація пояснює її роль у підвищенні як динамічних характеристик системи, так і якості електроенергії трифазного залізничного тягового кола
Influence of permanent magnet parameters on the performances of claw pole machines used in hybrid vehicles
Get PDFIntroduction. Claw pole machines (CPM) are commonly used in the automotive industry. Recently, importance has focused on the use and introduction of permanent magnets (PM) in this type of machine to increase the power density. This paper studies the performance of permanent magnet claw pole machines (PM-CPM) used in hybrid electric vehicle applications. The structure considers that the PMs are placed between the claws of the rotor. Purpose. The influence of the PM magnetization effect on the performance of synchronous PM-CPM is analyzed. Radial and tangential magnetizations are applied to obtain the best possible sinusoidal shape of the electromotive force and an acceptable cogging torque. Then, the electromagnetic performance of the PM-CPM is analyzed and evaluated. Furthermore, due to the complexity of the rotor armature, it seems difficult to give a direct relationship between the PM parameters and the machine torque. This led us to study the effects of magnets geometrical dimensions variations on the torque and its ripple. Method. 3D nonlinear model of the machine is analyzed using the finite element method and comparisons between some electromagnetic performances are processed. Results. It was found that the tangential magnetization of PMs makes it possible to obtain a better distribution of the flux density and a minimum of cogging torque mainly responsible for vibrations and acoustic noise. Also, we observed a non-linear variation between the torque and its ripples depending on the dimensions of the PM. In fact, electromagnetic torque increases linearly with PM size but this is not the case for torque ripples. References 22, tables 2, figures 16.Вступ. Машини з нігтьовим полюсом (CPM) зазвичай використовуються в автомобільній промисловості. Останнім часом велика увага приділяється використанню та впровадженню постійних магнітів (PM) у машинах цього типу для збільшення питомої потужності. У цій статті вивчаються характеристики машин з нігтьовим полюсом із постійними магнітами (PM-CPM), що використовуються у гібридних електромобілях. У конструкції передбачено, що PM розміщуються між кулачками ротора. Мета. Проаналізовано вплив ефекту намагнічування PM на продуктивність синхронного PM-CPM. Радіальна та тангенціальна намагніченість застосовуються для отримання максимально можливої синусоїдальної форми електрорушійної сили та прийнятного зубчастого моменту. Потім аналізуються та оцінюються електромагнітні характеристики PM-CPM. Крім того, через складність якоря ротора здається скрутним встановити пряму залежність між параметрами PM і крутним моментом машини. Це спонукало вивчити вплив змін геометричних розмірів магнітів на крутний момент і його пульсації. Метод. Тривимірна нелінійна модель машини аналізується з використанням методу скінченних елементів та виконується порівняння деяких електромагнітних характеристик. Результати. Встановлено, що тангенціальне намагнічування PM дозволяє отримати кращий розподіл магнітної індукції та мінімуму зубчастого моменту, відповідального головним чином за вібрації та акустичний шум. Також ми спостерігали нелінійну зміну крутного моменту та його пульсацій залежно від розмірів PM. Фактично, електромагнітний крутний момент збільшується лінійно з розміром PM, але це не відноситься до пульсацій крутного моменту. Бібл. 22, табл. 2, рис. 16
Wild horse optimization algorithm implementation in 7-level packed U-cell multilevel inverter to mitigate total harmonic distortion
Get PDFIntroduction. Multilevel inverters (MLIs) are a popular industrial and, more especially, renewable energy application solution. This is because of its appetite for filters, low distortion class, and capacity to provide a multilayer output voltage that resembles a pure sine waveform. The novelty is in applying the wild horse optimization algorithm (WHOA) to adjust the sinusoidal pulse width modulation (SPWM) technique by producing the optimal reference signal parameters in a new multilevel inverter architecture known as the packed U-cell multilevel inverter (PUC-MLI). Purpose. This study helps with the idea of new inverter architecture and a modified pulse width modulation (MPWM) method to make the multilevel inverter smaller, cheaper, and with less total harmonic distortion (THD). Methods. We use the proposed approach to control a 7-level, single-phase PUC-MLI. The WHOA is used to discover the optimal parameters of the additional reference sine signal after being compared with SPWM to evaluate its performance in harmonic reduction. The simulation’s outcome was validated by building a PUC-MLI prototype. Results. Experimental results and simulations validate the effectiveness of the suggested approach. The WHOA-improved MPWM approach achieves a significant reduction in THD on the PUC-MLI output voltage, as indicated by the results. Practical value. THD in MLI output voltage will be reduced without spending any cost. The suggested solution works with many MLI topologies with varying output voltage levels. References 20, tables 6, figures 12.Вступ. Багаторівневі інвертори (MLIs) є популярним рішенням для застосування у промисловості та, особливо, у відновлюваних джерелах енергії. Це пов’язано з його потребою у фільтрах, низьким класом спотворень та здатністю забезпечувати багатошарову вихідну напругу, що нагадує чистий синусоїдальний сигнал. Новизна полягає у застосуванні алгоритму оптимізації «дикого коня» (WHOA) для налаштування методу синусоїдальної широтно-імпульсної модуляції (SPWM) шляхом створення оптимальних параметрів опорного сигналу в новій архітектурі, відомої як упакований багаторівневий інвертор U-подібного типу (PUC-MLI). Мета. Це дослідження допомагає реалізувати ідею нової архітектури інвертора та модифікованого методу широтно-імпульсної модуляції (MPWM), що дозволяє зробити багаторівневий інвертор меншим, дешевшим і з меншим загальним гармонічним спотворенням (THD). Методи. Ми використовуємо запропонований підхід для керування 7-рівневим однофазним PUC-MLI. WHOA використовується для визначення оптимальних параметрів додаткового еталонного синусоїдального сигналу після порівняння зі SPWM для оцінки його ефективності зниження гармонік. Результати моделювання були підтверджені створенням прототипу PUC-MLI. Результати. Експериментальні результати та моделювання підтверджують ефективність запропонованого підходу. Удосконалений WHOA підхід MPWM дозволяє досягти значного зниження THD вихідної напруги PUC-MLI, про що свідчать результати. Практична цінність. THD вихідної напруги MLI буде знижено без будь-яких витрат. Пропоноване рішення працює з багатьма топологіями MLI з різними рівнями вихідної напруги. Бібл. 20, табл. 6, рис. 12
Maximum power point tracking improvement using type-2 fuzzy controller for wind system based on the double fed induction generator
Get PDFIntroduction. In this paper, to maximize energy transmission in wind power system, various Maximum Power Point Tracking (MPPT) approaches are available. Among these techniques, we have proposed the one based on typical fuzzy logic. Despite the somewhat reduced performance of fuzzy MPPT. For a number of reasons, fuzzy MPPT can replace conventional optimization techniques. In practice, the effectiveness of conventional MPPT methods depends mainly on the accuracy of the information given and the wind speed or knowledge of the aerodynamic properties of the wind system. Novelty. Our new MPPT for monitoring the maximum power point has been proposed. We developed an algorithm to improve control performance and govern the stator’s developed active and reactive power using the typical fuzzy logic 2 and enable robust control of a grid-connected, doubly fed induction generator. Purpose. MPPT which implies the wind turbine’s rotating speed should be modified in real time to capture the most wind energy, is necessary to achieve high efficiency for wind energy conversion, according to the aerodynamic characteristics of the wind turbine. Methods. Developing a mathematical model for a wind energy production system is complex, can be strongly affected by wind variation and is a non-linear problem. Thanks to these characteristics, thus, the Lyapunov technique is combined with a sliding mode control to ensure overall asymptotic stability and robustness with regard to parametric fluctuations in order to accomplish this goal. We contrasted our fuzzy type-2 algorithm’s performance with that of the fuzzy type-1 and Perturbation & Observation (P&O) suggested in the literature. Practical value. The simulation results demonstrate that the control performance is satisfactory when using the fuzzy logic technique. From these results, it can be said for the optimization of energy conversion in wind systems, the fuzzy type-2 technique may offer a workable option. Since it presents a great possibility to avoid problems either technical or economics linked to conventional strategies.Вступ. У цій статті для максимізації передачі енергії у вітроенергетичній системі наведені різні підходи відстеження точки максимальної потужності (MPPT). Серед цих методів ми запропонували той, що базується на типовій нечіткій логіці. Незважаючи на дещо знижену продуктивність нечіткого MPPT. З ряду причин нечіткий MPPT може замінити звичайні методи оптимізації. На практиці ефективність звичайних методів MPPT залежить головним чином від точності наданої інформації та швидкості вітру або знання аеродинамічних властивостей вітрової системи. Новизна. Було запропоновано наш новий MPPT для моніторингу точки максимальної потужності. Ми розробили алгоритм для покращення продуктивності керування та керування розвиненою активною та реактивною потужністю статора за допомогою типової нечіткої логіки 2 та забезпечення надійного керування підключеним до мережі індукційним генератором із подвійним живленням. Мета. MPPT, який означає, що швидкість обертання вітряної турбіни має бути змінена в режимі реального часу, щоб отримувати найбільшу кількість енергії вітру, необхідна для досягнення високої ефективності перетворення енергії вітру відповідно до аеродинамічних характеристик вітрової турбіни. Методи. Розробка математичної моделі для системи виробництва вітрової енергії є складною, на неї можуть сильно впливати коливання вітру, яка є нелінійною задачею. Завдяки цим характеристикам, таким чином, метод Ляпунова поєднується з керуванням ковзним режимом для забезпечення загальної асимптотичної стабільності та стійкості щодо параметричних флуктуацій для досягнення цієї мети. Ми порівняли продуктивність нашого алгоритму нечіткого типу 2 з показниками алгоритмів нечіткого типу 1 і збурення та спостереження (P&O), запропонованих у літературі. Практична цінність. Результати моделювання демонструють, що ефективність керування є задовільною при використанні методу нечіткої логіки. З цих результатів можна сказати, що для оптимізації перетворення енергії у вітряних системах метод нечіткого типу 2 може запропонувати працездатний варіант, оскільки це чудова можливість уникнути технічних або економічних проблем, пов’язаних зі звичайними стратегіями
Experimental validation of fuzzy logic controller based on voltage perturbation algorithm in battery storage photovoltaic system
Get PDFIntroduction. Solar photovoltaic (PV) has recently become very important especially in electrical power applications for countries with high luminosity because it is an effectively unlimited available energy resource. Depending on solar radiation and temperature, the PV generator has a non-linear characteristic with a maximum power point (MPP). The novelty is the efficiency improvement of a PV energy module, it is necessary to track the MPP of the PV array regardless of temperature or irradiation circumstances. Purpose. This paper presents the modeling and the digitally simulation under MATLAB/Simulink of a Fuzzy Logic Controller based on Voltage Perturbation Algorithm (FLC-VPA) applied to PV battery charging system, which consists of PV module, DC-DC boost converter, MPP tracking (MPPT) unit and battery storage. Methods. The DSP1104 is then used to experimentally implement this MPPT algorithm for real-time driving. The obtained results show the high precision of the proposed FLC-VPA MPPT around the optimal point compared to the conventional VPA under stable and changing meteorological conditions. Practical value. The experimental results approve the effectiveness and validity of the proposed total control system in the PV system. References 30, tables 3, figures 17.Вступ. Сонячна фотоелектрична (PV) енергія останнім часом стала дуже важливою, особливо в електроенергетиці в країнах з високим сонячним освітленням, оскільки вона є фактично необмеженим доступним енергетичним ресурсом. Залежно від сонячного випромінювання та температури, PV генератор має нелінійну характеристику з точкою максимальної потужності (MPP). Новизною є підвищення ефективності PV енергетичного модуля, що необхідно відстежувати MPP PV батареї незалежно від температури або умов опромінення. Мета. У цій статті представлено моделювання та цифрове моделювання в рамках MATLAB/Simulink контролера нечіткої логіки на основі алгоритму збурення напруги (FLC-VPA), що застосовується до системи зарядки PV батарей, яка складається з PV модуля, DC-DC підвищувального перетворювача, системи MPP (MPPT) та акумуляторної батареї. Методи. DSP1104 використовується для експериментальної реалізації цього MPPT алгоритму для режиму реального часу. Отримані результати показують високу точність пропонованого FLC-VPA MPPT біля оптимальної точки порівняно з традиційним VPA у стабільних та мінливих метеорологічних умовах. Практична цінність. Результати експериментів підтверджують ефективність та обґрунтованість запропонованої системи контролю у PV системі. Бібл. 30, табл. 3, рис. 17
Artificial neural network and discrete wavelet transform for inter-turn short circuit and broken rotor bars faults diagnosis under various operating conditions
Get PDFIntroduction. This work presents a methodology for detecting inter-turn short circuit (ITSC) and broken rotor bars (BRB) fault in variable speed induction machine controlled by field oriented control. If any of these faults are not detected at an early stage, it may cause an unexpected shutdown of the industrial processes and significant financial losses. Purpose. For these reasons, it is important to develop a new diagnostic system to detect in a precautionary way the ITSC and BRB at various load condition. We propose the application of discrete wavelet transform to overcome the limitation of traditional technique for no-stationary signals. The novelty of the work consists in developing a diagnosis system that combines the advantages of both the discrete wavelet transform (DWT) and artificial neural network (ANN) to identify and diagnose defects, related to both ITSC and BRB faults. Methods. The suggested method involves analyzing the electromagnetic torque signal using DWT to calculate the stored energy at each level of decomposition. Then, this energy is applied to train neural network classifier. The accuracy of ANN based on DWT, was improved by testing different orthogonal wavelet functions on simulated signal. The selection process identified 5 pertinent wavelet energies, concluding that, Daubechies44 (db44) is the best suitable mother wavelet function for effectively detecting and classifying failures in machines. Results. We applied numerical simulations by MATLAB/Simulink software to demonstrate the validity of the suggested techniques in a closed loop induction motor drive. The obtained results prove that this method can identify and classify these types of faults under various loads of the machine. References 31, table 1, figures 9.Вступ. У цій роботі представлена методологія виявлення міжвиткового короткого замикання (ITSC) та несправності стрижнів ротора (BRB) в асинхронних машинах з регульованою швидкістю, керованих полеорієнтованим керуванням. Якщо будь-яка з цих несправностей не буде виявлена на ранній стадії, це може призвести до несподіваної зупинки виробничих процесів та значних фінансових втрат. Мета. З цих причин важливо розробити нову діагностичну систему для профілактичного виявлення ITSC та BRB за різних умов навантаження. Ми пропонуємо застосувати дискретне вейвлет перетворення, щоб подолати обмеження традиційної техніки для нестаціонарних сигналів. Новизна роботи полягає в розробці системи діагностики, що поєднує в собі як переваги дискретного вейвлет перетворення (DWT), так і штучної нейронної мережі (ANN) для виявлення та діагностики дефектів, пов'язаних як з несправностями ITSC, так і з BRB. Методи. Пропонований метод включає аналіз сигналу електромагнітного моменту, що крутить, з використанням DWT для розрахунку запасеної енергії на кожному рівні розкладання. Потім ця енергія застосовується на навчання класифікатора нейронної мережі. Точність ANN, заснованої на DWT, була підвищена за рахунок тестування різних ортогональних вейвлет функцій на сигналі, що моделюється. У процесі відбору було визначено п’ять відповідних енергій вейвлета, і було зроблено висновок, що Daubechies44 (db44) є найбільш підходящою материнською вейвлет функцією ефективного виявлення і класифікації відмов у машинах. Результати. Ми застосували чисельне моделювання за допомогою програмного забезпечення MATLAB/Simulink, щоб продемонструвати ефективність запропонованих методів приводу асинхронного двигуна із замкнутим контуром. Отримані результати доводять, що цей метод дозволяє виявити та класифікувати дані види несправностей при різних навантаженнях машини. Бібл. 31, табл. 1, рис. 9
Novel modular multilevel matrix converter topology for efficient high-voltage AC-AC power conversion
Get PDFIntroduction. This paper delves into the practical application of multilevel technology, particularly focusing on the capacitor-clamped converter as a promising solution for medium-to-high voltage power conversion, with specific emphasis on direct AC-AC switching conditions. Problem. The limitations of conventional single-cell matrix converters (MC) in efficiency and performance for medium-to-high voltage power conversion applications are well-recognized. Goal. The primary objective is to investigate the performance of the 3 phase modular multilevel matrix converter (3MC) with three flying capacitors (FCs) modeling. This investigation utilizes the Venturini method for gate pulse generation, aiming to compare the performance of the 3MC with standard converter designs. Methodology. To achieve the research goal, the Venturini method is adopted for generating gate pulses for the 3MC, representing a departure from conventional approaches. Detailed simulations employing MATLAB/Simulink are conducted to comprehensively evaluate the performance of the 3MC in comparison to conventional converter designs. Results. The simulation outcomes reveal a significant reduction of 73 % in total harmonic distortion (THD) achieved by the 3MC. This reduction in THD indicates improved robustness and suitability for medium-to-high voltage power conversion systems necessitating direct AC-AC conversion. These results highlight the efficacy of the 3MC in enhancing power conversion efficiency and overall performance. Originality. This paper contributes novel insights into the practical implementation of multilevel technology, particularly within the realm of capacitor-clamped converters. Furthermore, the utilization of the Venturini method for gate pulse generation in the 3MC represents an original approach to enhancing converter performance. Practical value. The research findings present significant advancements in multilevel transformer technology, offering valuable guidance for optimizing transformer design in various industrial and renewable energy applications. These contributions serve to enhance the development of reliable and efficient power systems, addressing critical needs in the energy sector. References 54, tables 3, figures 4.Вступ. У цій статті розглядається практичне застосування багаторівневої технології, зокрема, з упором на перетворювач з конденсаторною фіксацією як перспективне рішення для перетворення потужності середньої та високої напруги з особливим акцентом на умовах прямого АС-АС перемикання. Проблема. Обмеження звичайних одноелементних матричних перетворювачів (MC) в ефективності та продуктивності для додатків перетворення потужності середньої та високої напруги загальновідомі. Мета. Основною метою є дослідження продуктивності трифазного багаторівневого модульного матричного перетворювача (3MC) з моделюванням трьох навісних конденсаторів (FC). У цьому дослідженні використовується метод Вентуріні для генерації стробуючих імпульсів з метою порівняння продуктивності 3MC зі стандартними конструкціями перетворювачів. Методологія. Для досягнення мети метод Вентуріні прийнятий для генерації стробуючих імпульсів для 3MC, що є відмінністю від традиційних підходів. Проведено докладну симуляцію з використанням MATLAB/Simulink для всебічної оцінки продуктивності 3MC порівняно з традиційними конструкціями перетворювачів. Результати моделювання показують значне зниження на 73 % загального коефіцієнта гармонічних спотворень (THD), досягнуте 3MC. Це зниження вказує на покращену надійність та придатність для систем перетворення електроенергії середньої та високої напруги, що вимагають прямого АС-АС перетворення. Ці результати підкреслюють ефективність 3MC підвищення ефективності перетворення електроенергії та загальної продуктивності. Оригінальність. Ця стаття робить новий внесок у практичну реалізацію багаторівневої технології, особливо в області перетворювачів з конденсаторною фіксацією. Крім того, використання методу Вентуріні для генерації імпульсів затвора в 3MC є оригінальним підходом до підвищення продуктивності перетворювача. Практична цінність. Результати дослідження представляють значні досягнення в технології багаторівневих трансформаторів, пропонуючи цінні рекомендації щодо оптимізації конструкції трансформаторів у різних промислових та відновлюваних джерелах енергії. Ці вклади служать для поліпшення розробки надійних і ефективних енергосистем, задовольняючи критичні потреби в енергетичному секторі. Бібл. 54, табл. 3, рис. 4
Розробка методів для адаптації параметрів просторових торцевих частин обмоток в 2D коло-польових моделях асинхронно-синхронних електричних машин
Get PDFIntroduction. Recently, the theory of a special class of cascade slow-speed non-contact induction-synchronous electrical machines (ISEM) has been developed. This allowed to obtain a combination of positive properties from conventional induction and synchronous electric machines. Problem. The lack of circuit and field models of ISEM imposes restrictions on further research of electromagnetic, mechanical and energy processes, in transient and quasi-steady modes of its operation. Goal. Development of 3D and adapted 2D circuit-field models of ISEM, decomposition methods, and dynamic synthesis with adaptation of electromagnetic parameter coupling conditions at the boundaries of calculated subdomains of ISEM. Methodology. Spatial elements of ISEM design are represented by separate spatial calculation subareas. The conditions of compliance with electromagnetic processes, which are formed by a complete calculation area and separate spatial calculation subareas of ISEM, are accepted. The influence of end effects and the parameters of the frontal parts of ISEM windings are determined by the inequality of the magnetic field energy of separate calculation subareas. These parameters, including end effects, are displayed as circuit elements in the 2D circuit-field model. Results. The obtained combination of 3D area decomposition methods and dynamic synthesis with adaptation of electromagnetic parameters coupling conditions at the boundaries of its calculated ISEM’s subdomains. The proposed technique for determining the resistance and inductive resistances of the frontal parts of the ISEM windings, taking into account edge effects. The accuracy and effectiveness of the proposed methods is confirmed by the results of an experimental study. Originality. An adapted dynamic 2D circuit-field model of transient processes of ISEM has been developed, which allows taking into account parameters of the frontal parts of its windings. Practical value. The proposed methods can be used for various types of electrical machines. References 27, tables 3, figures 12.Вступ. За останній час набули розвитку теорія спеціального класу каскадних тихохідних безконтактних асинхронно-синхронних електричних машин (АСЕМ) та отримана принципова нова її конструкція, за допомогою якої одержано поєднання позитивних властивостей від звичайних асинхронних та синхронних електричних машин. Проблема. Відсутність колових та польових моделей АСЕМ накладає обмеження щодо подальшого дослідження електромагнітних, механічних та енергетичних процесів, в перехідних та квазіусталеному режимах її роботи. Мета. Розробка 3D та адаптованої 2D коло-польових моделей АСЕМ, методів декомпозиції і динамічного синтезу з адаптацією умов сполучення електромагнітних параметрів на границях розрахованих підобластей АСЕМ. Методологія. Просторові елементи конструкції АСЕМ представляються просторовими окремими розрахунковими підобластями. Для кожній із цих підобластей ставиться у відповідність протікання електромагнітних процесів, які утворені цілісною розрахунковою областю. За нев’язкою енергії магнітного поля окремих підобластей з цілісною розрахунковою зоною визначаються дія крайових ефектів в торцевих зонах та параметри лобових частин обмоток АСЕМ. Ці параметри з врахуванням крайових ефектів відображаються як елементи кола для 2D коло-польової моделі АСЕМ. Результати. Отримана комбінація методів декомпозиції 3D області АСЕМ і динамічного синтезу з адаптацією умов сполучення електромагнітних параметрів на границях його розрахованих підобластей, яка дозволяє забезпечити чисельну реалізацію 3D коло-польового моделювання електромагнітних полів в окремих електричних та магнітних контурах складної просторової конструкції АСЕМ, а також визначити вплив крайових ефектів в торцевих зонах лобових частин АСЕМ за нев’язкою енергії магнітного поля. Запропонована методика щодо визначення активних та індуктивних опорів лобових частин обмоток АСЕМ з врахуванням дії крайових ефектів. Точність та ефективність запропонованих методів підтверджується результатами експериментального дослідження. Наукова новизна. Розроблена адаптована динамічна 2D коло-польова модель нестаціонарних взаємопов’язаних електромагнітних та електромеханічних процесів АСЕМ, яка дозволяє врахувати в перехідних режимах роботи параметри лобових частин його обмоток через її схемну реалізацію, нелінійність магнітних та електрофізичних властивостей активних матеріалів, поверхневі і крайові ефекти торцевих зон його активної частини. Практична цінність. Запропоновані методи можуть бути використані для різних типів електричних машин. Бібл. 27, табл. 3, рис. 12
Аналітичний метод визначення умов повної компенсації реактивної потужності в системі електропостачання
Get PDFGoal. The purpose of the article is the development of an analytical method for determining the conditions for achieving full compensation in the generalized power supply system based on the use of substitute circuits, which are obtained using equivalent transformations of the topology of the original circuit. Methodology. The article proposes a methodology for replacing series reactive power compensation in high-voltage paths of the power supply system with parallel reactive power compensation in a low-voltage load node. Results. An algorithm for successive transformations of the power supply circuit has been developed, which makes it possible to estimate the values of the capacitances of compensating capacitors, at which full compensation of reactive power in the system is achieved. Originality. The proposed analytical method for calculating the parameters of the compensation unit makes it possible to dispense with complex optimization computer methods and makes it possible to estimate the compensation capacities that fall on the share of the load and the network. Practical value. The proposed technique allows, using a simple algorithm, to determine with high accuracy the necessary parameters of the compensating device, which provide the optimal mode in the power supply system. The proposed algorithm can easily be implemented in a microcontroller system for automatic control of the modes of the power supply system.Мета. Метою статті є розробка аналітичного методу визначення умов досягнення повної компенсації в узагальненій системі електропостачання, на основі використання замінних схем, які отримані за допомогою еквівалентних перетворень топології вихідної схеми. Методологія. У статті запропоновано методику заміни послідовної компенсації реактивної потужності у високовольтних трактах системи електропостачання на паралельну компенсацію реактивної потужності у вузлі навантаження низької напруги. Результати. Розроблено алгоритм послідовних перетворень схеми живлення, що дає змогу оцінити значення ємностей компенсувальних конденсаторів, при яких досягається повна компенсація реактивної потужності в системі. Оригінальність. Запропонована аналітична методика розрахунку параметрів вузла компенсації дозволяє відмовитися від складних комп’ютерних методів оптимізації та дає можливість оцінити компенсаційні можливості, які припадають на частку навантаження та мережі. Практична цінність. Запропонована методика дозволяє за простим алгоритмом з високою точністю визначити необхідні параметри компенсаційного пристрою, які забезпечують оптимальний режим в системі електропостачання. Запропонований алгоритм легко реалізується в мікроконтролерній системі автоматичного керування режимами системи електропостачання