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
Contribution of using a photovoltaic unified power quality conditioner in power quality improvement
Get PDFIntroduction. With the increasing complexity of power systems and the integration of diverse energy sources, issues such as voltage sags, swells, and signal distortions have emerged as critical challenges. These power quality problems can result in equipment malfunction, production downtime, and financial losses for industries, as well as inconvenience and potential damage to electrical appliances in households. There is an urgent need for enhanced system efficiency. Methods. This objective is effectively achieved through the utilization of the newly proposed power theory, which is rooted in solar photovoltaic (PV) control, in conjunction with the Unified Power Quality Conditioner (UPQC). Purpose. The proposed method incorporates a modified synchronous reference frame scheme, coupled with a phase-locked loop mechanism. This control strategy enables the UPQC to effectively mitigate power quality issues. Novelty. PV-UPQC is utilized to uphold power integrity in the presence of diverse current and voltage distortions. This device, known as a multi-objective power conditioning apparatus, serves the purpose of maintaining power quality. PV-UPQC incorporates both a shunt and series voltage source converter, which are interconnected through a shared DC-link. Additionally, the PV system is interconnected at the DC-link of the UPQC in order to supply power to the load. Results. In this study, a novel approach is presented for controlling the UPQC, aiming to address power quality concerns such as unbalanced grid voltage and harmonic distortions and enabling us to control active and reactive power. References 16, tables 2, figures 15.Вступ. Зі зростанням складності енергетичних систем та інтеграцією різних джерел енергії такі проблеми, як провали напруги, стрибки напруги та спотворення сигналу, стали критичними проблемами. Ці проблеми з якістю електроенергії можуть призвести до збоїв у роботі обладнання, простоїв виробництва та фінансових втрат для промисловості, а також до незручностей та потенційного пошкодження електроприладів у домашніх господарствах. Існує гостра необхідність підвищення ефективності системи. Методи. Ця мета ефективно досягається за рахунок використання нещодавно запропонованої теорії енергетики, що базується на управлінні сонячними фотоелектричними (PV) системами, у поєднанні з єдиним перетворювачем якості електроенергії (UPQC). Мета. Пропонований метод включає модифіковану схему синхронної системи координат у поєднанні з механізмом фазового автопідстроювання частоти. Ця стратегія керування дозволяє UPQC ефективно усувати проблеми з якістю електроенергії. Новизна. PV-UPQC використовується для підтримки цілісності електроживлення за наявності різних спотворень струму та напруги. Цей пристрій, відомий як багатоцільовий пристрій стабілізації потужності, служить підтримці якості електроенергії. PV-UPQC включає як шунтуючий, так і послідовний перетворювач напруги, які з’єднані між собою через загальне коло постійного струму. Крім того, фотоелектричну систему підключено до ланки постійного струму UPQC для подачі живлення на навантаження. Результати. У цьому дослідженні представлений новий підхід до управління UPQC, спрямований на вирішення проблем якості електроенергії, таких як незбалансована напруга мережі та гармонічні спотворення, що дозволяє контролювати активну та реактивну потужність. Бібл. 16, табл. 2, рис. 15
Photovoltaic system faults detection using fractional multiresolution signal decomposition
Get PDFIntroduction. In this paper, we present an innovative methodology based on fractional wavelets for detecting defects in photovoltaic systems. Photovoltaic solar systems play a key role in the transition to a low-carbon economy, but they are susceptible to various defects such as microcracks, wiring faults, and hotspots. Early detection of these anomalies is crucial to prevent energy losses and extend the lifespan of installations. Novelty of the proposed work resides in its pioneering nature, leveraging a family of fractional wavelets, with a specific emphasis on fractional Haar wavelets. This approach enhances sensitivity in anomaly detection, introducing a fresh and promising perspective to enhance the reliability of photovoltaic installations. Purpose of this study is to develop a defect detection methodology in photovoltaic systems using fractional wavelets. We aim to improve detection sensitivity with a specific focus on low-amplitude defects such as microcracks. Method. Our innovative methodology is structured around two phases. Firstly, we undertake a crucial step of filtering photovoltaic signals using fractional Haar wavelets. This preliminary phase is of paramount importance, aiming to rid signals of unwanted noise and prepare the ground for more precise defect detection. The second phase of our approach focuses on the effective detection of anomalies. We leverage the multiresolution properties of fractional wavelets, particularly emphasizing fractional Haar wavelets. This step achieves increased sensitivity, especially in the detection of low-amplitude defects. Results. By evaluating the performance of our method and comparing it with techniques based on classical wavelets, our results highlight significant superiority in the accurate detection of microcracks, wiring faults, and hotspots. These substantial advances position our approach as a promising solution to enhance the reliability and efficiency of photovoltaic installations. Practical value. These advancements open new perspectives for preventive maintenance of photovoltaic installations, contributing to strengthening the sustainability and energy efficiency of solar systems. This methodology offers a promising solution to optimize the performance of photovoltaic installations and ensure their long-term reliability. References 21, tables 3, figures 10.Вступ. У статті ми представляємо інноваційну методологію, засновану на дробових вейвлетах для виявлення дефектів у фотоелектричних системах. Фотоелектричні сонячні системи відіграють ключову роль у переході до низьковуглецевої економіки, але вони схильні до різних дефектів, таких як мікротріщини, несправності проводки та гарячі точки. Раннє виявлення цих аномалій має вирішальне значення для запобігання втратам енергії та продовження терміну служби установок. Новизна запропонованої роботи полягає у її новаторському характері, в якій використовується сімейство дробових вейвлетів з особливим упором на дробові вейвлети Хаара. Цей підхід підвищує чутливість виявлення аномалій, відкриваючи нову суттєву перспективу для підвищення надійності фотоелектричних установок. Метою дослідження є розробка методології виявлення дефектів у фотоелектричних системах з використанням дробових вейвлетів. Ми прагнемо покращити чутливість виявлення, приділяючи особливу увагу дефектам малої амплітуди, таким як мікротріщини. Метод. Наша інноваційна методологія складається із двох етапів. По-перше, ми робимо вирішальний крок щодо фільтрації фотоелектричних сигналів з використанням дробових вейвлетів Хаара. Цей попередній етап має першорядне значення, оскільки його мета - позбавити сигнали від небажаного шуму та підготувати ґрунт для більш точного виявлення дефектів. Другий етап нашого підходу спрямовано на ефективне виявлення аномалій. Ми використовуємо властивості множини роздільної здатності дробових вейвлетів, приділяючи особливу увагу дробовим вейвлетам Хаара. На цьому етапі досягається підвищена чутливість, особливо у разі виявлення дефектів малої амплітуди. Результати. Оцінюючи ефективність нашого методу та порівнюючи його з методами, заснованими на класичних вейвлетах, наші результати підкреслюють значну перевагу у точному виявленні мікротріщин, несправностей проводки та гарячих точок. Ці суттєві досягнення роблять наш підхід багатообіцяючим рішенням для підвищення надійності та ефективності фотоелектричних установок. Практична цінність. Ці досягнення відкривають нові перспективи для профілактичного обслуговування фотоелектричних установок, сприяючи підвищенню стійкості та енергоефективності сонячних систем. Ця методологія пропонує багатообіцяюче рішення для оптимізації продуктивності фотоелектричних установок та забезпечення їхньої довгострокової надійності. Бібл. 21, табл. 3, рис. 10
Solar shunt active power filter based on optimized direct power control strategy with disturbance rejection principle
Get PDFIntroduction. This paper focuses on a renewable energy system coupled to a dual purpose power grid via a parallel active power filter for injecting photovoltaic energy into the grid and improving the power quality in the presence of the non-linear load. The novelty of the work consists in the combination of two advanced techniques – Fuzzy Logic Controller (FLC) and the optimized Anti-Windup Fractional Order Proportional-Integral Differentiator (AW-FOPID) regulator based on Particle Swarm Optimization with the Spreading Factor (PSO-SF) algorithm, applied to the improved Direct Power Control (DPC) strategy under different conditions related to climate changes and healthy or infected electrical network. Purpose. Its main role is to improve the power quality and reject the perturbations deforming the electrical network under distorted, unbalanced and balanced grid voltage conditions. Besides, the FLC is employed the Maximum Power Point Tracking (MPPT) under any weather conditions. In addition, the optimized AW-FOPID controller leads to keep the DC bus voltage at its reference value with small undershoots and overshoots in the voltage with a short response time in steady or dynamic states. Methods. The rejection of disturbances affecting the grid is offered by the improved DPC. On the other hand, an intelligent method based on fuzzy logic was used MPPT under any weather conditions. Furthermore, an AW-FOPID regulator based on PSO-SF algorithm is used to keep the DC bus voltage at its reference value with small undershoots and overshoots in the voltage, while keeping a fast response time. Results. The proposed system control is evaluated in various states of power source: distorted, unbalanced, and balanced by simulation using MATLAB/Simulink. The simulation results illustrate the effectiveness and performance of the studied control strategies. References 26, tables 8, figures 16.Вступ. У цій статті основна увага приділяється системі відновлюваної енергії, що з'єднана з енергосистемою подвійного призначення через паралельний фільтр активної потужності для подачі фотоелектричної енергії в мережу та покращення якості електроенергії за наявності нелінійного навантаження. Новизна роботи полягає у поєднанні двох передових методик – Fuzzy Logic Controller (FLC) та оптимізованого регулятора Anti-Windup Fractional Order Proportional-Integral Differentiator (AW-FOPID) на основі оптимізації рою частинок з коефіцієнтом розширення (PSO-SF), що застосовується до покращеної стратегії прямого управління потужністю (DPC) у різних умовах, пов'язаних зі змінами клімату та справною або зараженою електричною мережею. Мета. Його основна роль полягає в покращенні якості електроенергії та усуненні збурень, що деформують електричну мережу в умовах спотвореної, незбалансованої та збалансованої напруги мережі. Крім того, у FLC використовується система відстеження точки максимальної потужності (MPPT) за будь-яких погодних умов. Крім того, оптимізований контролер AW-FOPID дозволяє підтримувати напругу шини постійного струму на опорному значенні з невеликими відхиленнями і викидами напруги з коротким часом відгуку в стані динамічного стану. Методи. Відмова від перешкод, що впливають на мережу, забезпечує покращений DPC. З іншого боку, інтелектуальний метод, заснований на нечіткій логіці, використовувався MPPT за будь-яких погодних умов. Крім того, регулятор AW-FOPID, заснований на алгоритмі PSO-SF, використовується для підтримки опорного значення напруги постійного струму шини з невеликими відхиленнями і викидами напруги, зберігаючи при цьому малий час відгуку. Результати. Пропоноване управління системою оцінюється у різних станах джерела живлення: спотвореному, незбалансованому та збалансованому шляхом моделювання з використанням MATLAB/Simulink. Результати моделювання ілюструють ефективність та продуктивність вивчених стратегій управління. Бібл. 26, табл. 8, рис. 16
Розрахунково-експериментальне визначення швидкості просування плазмового лідерного каналу імпульсного іскрового розряду в атмосферному повітрі
Get PDFGoal. Calculation and experimental determination of middle speed vL of advancement of plasma leader channel of a pulse spark discharge in the long air interval of the double-electrode discharge system (DEDS) «tip-plane». Methodology. Bases of the theoretical electrical engineering and electrophysics, electrophysics bases of technique of ultra- and high-voltage and high pulse currents, bases of high-voltage pulse technique and measuring technique. Results. The close calculation and experimental method of determination of middle speed vL of advancement of plasma leader channel of an electric pulse spark discharge is offered in the long air interval of DEDS «tip-plane». This method is based on the offered calculation empiric formula for finding of the indicated speed vL and results of decoding of oscillograms of process of cut of in-use standard interconnect аperiodic pulse of over- and high-voltage of temporal shape of Tm/Тd≈200 μs/1990 μs of positive polarity at an electric hasp in indicated DEDS of long air intervals with their minimum length of lmin, numeral making 1,5 m (first case) and 3 m (second case). It is shown that middle speed vL of advancement in atmospheric air of front of plasma channel of positive leader of an electric pulse spark discharge in probed DEDS «tip-plane» for two considered applied cases at lmin=1,5 m of lmin=3 m numeral makes approximately vL≈(1±0,03)∙105 m/s. The found numeral value of this speed vL well coincides with the known experimental information for speed of advancement of vL≈105 m/s in atmospheric air of plasma channel of negative leader for a long storm spark discharge in DEDS «charged cloud-earth». It is set that for the standard interconnect аperiodic pulse of high- and ultra- voltage of temporal shape of Tm/Тd≈200 μs/1990 μs of positive polarity middle value of aggressive strength Ed of high pulse electric field in the air interval of probed DEDS «tip-plane» numeral makes minimum length of lmin=1,5 m near Ed1≈360,8 kV/m, and for his minimum length of lmin=3 m of − Ed2≈313,4 kV/m. Originality. The comfortable is developed in the use and reliable in practical realization technicians-and-engineers calculation and experimental method of research in the conditions of high-voltage electrophysics laboratory of difficult electro-discharge processes of development of leader hasp of long air intervals and determination of minimum electric durability of air insulation of electrical power engineering and electrophysics equipment on working voltage of classes of 330-1150 kV. Practical value. Application in area of industrial electrical power engineering and high-voltage pulse technique of the got numeral electrophysics results and offered calculation and experimental method of determination of middle speed vL of advancement in atmospheric air of plasma channel of leader of a long spark discharge will allow, from one side, to deepen our scientific knowledges about a long electric pulse spark discharge in an air dielectric, and, from other side, to develop high-voltage electrical power engineering and electrophysics devices with enhanceable reliability of their work both in normal operation and malfunctions.Надані результати розрахунково-експериментального визначення усередненої швидкості vL просування плазмового лідерного каналу електричного імпульсного іскрового розряду в довгому повітряному проміжку двоелектродної розрядної системи «вістря-площина» (для двох прикладних випадків при lmin=1,5 м і lmin=3 м), яка випробовує дію стандартного комутаційного аперіодичного імпульсу високої і надвисокої напруги часової форми Tm/Тd≈200 мкс/1990 мкс позитивної полярності. Запропонований метод чисельної оцінки величини vL в даній розрядній системі базується на використанні отриманої емпіричної формули та отриманні осцилограм процесу зрізу застосованих імпульсів над- і високої напруги при електричному пробої в ній довгих повітряних проміжків вказаної мінімальної довжини lmin. На основі запропонованої наближеної розрахункової формули і виконаних за допомогою потужного надвисоковольтного випробувального обладнання сильнострумових експериментів показано, що вказана швидкість vL розповсюдження в атмосферному повітрі переднього фронту позитивного лідера імпульсного іскрового розряду чисельно складає vL≈(1±0,03)∙105 м/с. Отримані розрахунково-експериментальні дані для усередненої швидкості vL просування в повітрі лідерного каналу імпульсного іскрового розряду добре узгоджуються з її прийнятими для грозових іскрових розрядів в атмосферному повітрі чисельними показниками
Experimental electromagnetic compatibility of conducted electromagnetic interferences from an IGBT and a MOSFET in the power supply
Get PDFIntroduction. Most electromagnetic compatibility studies carried out in the context of power switch research are generally valid for low frequencies. This frequency restriction appears to be too restrictive for a complete analysis of the electromagnetic interference conducted. The novelty of this work lies in the load-dependent an optimal selection of IGBTs and MOSFETs for least-disturbance power switching in the frequency range from 150 kHz to 30 MHz, based on an optimal experimental selection procedure and show the impact of load value on switch switching and noise generation. Purpose. Analysis of the fundamental possibility of selecting a switching device with a power supply based on an experimental measurement which allows to increase the reliability of the entire mechanism operation and significantly simplify the design. Methods. In this paper, the proposed study is used and compared with experimental results at low and high frequencies. Then, a comparison is made for conducted electromagnetic interference (common-mode and differential-mode) generated by IGBT and MOSFET for different loads, and the proposed methodology is verified on an experiment suitable for predicting terminal overvoltage analysis and conducted electromagnetic interference problems. Practical value. The primary method for establishing a conducted electromagnetic interference source for switching devices is based on IGBT and a MOSFET depending on the resistive load. References 22, figures 17.Вступ. Більшість досліджень електромагнітної сумісності, які проводяться в контексті досліджень силових вимикачів, зазвичай застосовуються для низьких частот. Це обмеження за частотою видається занадто жорстким щодо повного аналізу електромагнітних перешкод. Новизна даної роботи полягає у залежному від навантаження оптимальному виборі IGBT і MOSFET для комутації потужності з найменшими перешкодами в діапазоні частот від 150 кГц до 30 МГц, на основі оптимальної експериментальної процедури вибору і впливу величини навантаження на перемикання перемикачів і генерацію шуму. Мета. Аналіз принципової можливості вибору комутаційного пристрою з джерелом живлення на основі експериментального виміру дозволяє підвищити надійність роботи всього механізму та суттєво спростити конструкцію. Методи. У цій статті запропоноване дослідження використовується та порівнюється з експериментальними результатами на низьких та високих частотах. Потім проводиться порівняння кондуктивних електромагнітних перешкод (синфазних та диференціальних), що генеруються IGBT і MOSFET для різних навантажень, і запропонована методологія перевіряється в експерименті, який підходить для прогнозування аналізу перенапруги на клемах і проблем кондуктивних електромагнітних перешкод. Практична цінність. Основний метод створення кондуктивного джерела електромагнітних перешкод для комутаційних пристроїв ґрунтується на використанні IGBT та MOSFET залежно від резистивного навантаження. Бібл. 22, рис. 17
Аналітичне визначення квазістаціонарного електромагнітного поля, створеного магнітними моментами і вихровими струмами в електропровідному півпросторі
Get PDFAim. Study of the distribution of a three-dimensional alternating quasi-stationary electromagnetic field at the surface of conducting half-space with strong skin-effect, the source of which is an arbitrarily oriented magnetic moment. Methodology. The expressions for non-uniform electromagnetic field with strong skin effect are used for the analysis, which is based on the found exact analytical solution of the general three-dimensional problem and the use of expansion into asymptotic series with respect to a small parameter that is proportional to the ratio of the field penetration depth to the distance between the sources of the external field and the surface of body. Specific expressions at the surface are completely determined by the known field of external sources. In this work, the external magnetic moment field is used. Results. For strong skin effect, expressions for the electric and magnetic field strength are obtained separately for the components of the magnetic moment oriented perpendicularly and parallel to the flat surface between the dielectric and conducting areas. The features of the electromagnetic field distribution are analyzed depending on the value of introduced small parameter. The results are presented for the module and phase shift of the field strength with respect to the phase of the external field source. Originality. The expressions found for the electromagnetic field appear to be more general than the use of closed contours with alternating current, since they extend types of external field sources and allow the use of the superposition method instead of integration over the entire contour. Practical value. The found specific analytical expressions of the electromagnetic field at the surface for the external field of magnetic moments significantly simplify the solution of the problems, since they do not require additional solution of the field equations. References 20, figures 8.Мета. Дослідження в умовах прояву сильного скін-ефекту розподілу на поверхні електропровідного півпростору тривимірного змінного квазістаціонарного електромагнітного поля, джерелом зовнішнього поля якого є довільно орієнтований магнітний момент. Методологія. Для аналізу використаний аналітичний розв’язок загальної тривимірної задачі для випадку неоднорідного електромагнітного поля при сильному скін-ефекті і використанні розкладання в асимптотичні ряди по малому параметру, який пропорційний відношенню глибини проникнення поля до відстані між джерелами зовнішнього поля і поверхнею тіла. Конкретні вирази на поверхні повністю визначаються відомим полем зовнішніх джерел, в якості яких використовується поле магнітного моменту. Результати. Для сильного скін-ефекту отримано вирази для напруженостей електричного і магнітного полів окремо для компонентів магнітного моменту, що орієнтовані перпендикулярно і паралельно до плоскої поверхні між діелектричною і електропровідною областями. Проаналізовано особливості розподілу електромагнітного поля в залежності від величини введеного малого параметру, Результати представлено для модулів і зсуву фаз компонентів напруженостей полів відносно фази джерела зовнішнього поля. Оригінальність. Знайдені вирази для електромагнітного поля уявляються більш загальними, ніж використання замкнених контурів зі зміннім струмом, оскільки розширюють види джерел зовнішнього поля, що враховуються, і дозволяють використати метод суперпозиції замість інтегрування по всьому контуру. Практична цінність. Знайдені конкретні аналітичні вирази електромагнітного поля на поверхні для зовнішнього поля магнітних моментів значно спрощують вирішення конкретних задач, оскільки не потребують для цього додаткового розв’язку рівнянь поля. Бібл. 20, рис. 8
Plasma acceleration in the atmosphere by pulsed inductive thruster
Get PDFIntroduction. One of the directions of development of plasma technologies consists in the formation of gas-metal plasma formations and throwing them to a certain distance. Known thrusters of plasma formation either have an electrode system that is prone to erosion, or a discharge system in a solid dielectric substance in which ablation occurs, or a complex gas-dynamic system with fuel supply. They do not provide acceleration of plasma formation in the atmosphere for a significant distance. Purpose. A theoretical and experimental study of electromechanical and thermophysical processes in a plasma thruster, which ensures the formation of a plasma formation due to thermal ionization by an induced current in a thin conductor layer during a high-voltage discharge on an inductor and the accelerating of a plasma formation in the atmosphere for a significant distance. Methodology. The proposed concept of a plasma thruster, in which the inductor inductively interacts with a combined armature, which includes an aluminum armature in the form of a thin (0.5-1 μm) foil, a copper armature made of a thicker foil (35-50 μm).On the basis of a mathematical model that takes into account the uneven distribution of currents in the inductor and conductive armatures, the features of the process of acceleration the combined armature in the atmosphere were established and experimental studies were carried out. Results. The electromechanical and thermal characteristics of the plasma thruster were calculated. It was established that the choice of the thickness of the dielectric layer of the armature, to which the aluminum and copper armatures are attached, is determined by the energy balance between the heating temperature of the aluminum armature and the electromechanical indicators of the thrower. Scientific novelty. It was experimentally established that the greatest density and homogeneity is observed in the middle of the plasma formation, which has the shape of a torus, moving away from the dielectric sheet on which the aluminum armature was located. As the voltage of the capacitive energy storage increases, the induced current density in the armature increases and the plasma formation becomes more uniform. Practical value. In comparison with the experimental results, the calculated current in the inductor coincides both in shape and in magnitude with an accuracy of 7 %. The biggest difference between the calculated and experimental currents of the inductor occurs when the aluminum armature is thermally destroyed. The transition of an aluminum armature into a plasma formation depends significantly on the voltage of the capacitive energy storage. References 26, figures 16.Вступ. Один з напрямків розвитку плазмових технологій полягає у формування газо-металевих плазмових утворень та метанні їх на певну відстань. Відомі метальники плазмового утворення або мають електродну систему, яка схильна до ерозії, або розрядну систему в твердій діелектричній речовині, в якій відбувається абляція, або складну газодинамічну систему з подачею палива. Вони не забезпечують метання плазмового утворення в повітряному середовищі на значну відстань. Мета. Теоретичне та експериментальне дослідження електромеханічних та теплофізичних процесів в метальнику плазми, який забезпечує формування плазмового утворення за рахунок термічної іонізації індукованим струмом в тонкому провідникового шару при високовольтному розряді на індуктор та метання плазмового утворення у повітряному середовищі на значну відстань. Методика. Запропонована концепція метальника плазмового утворення, у якого індуктор індукційно взаємодіє з комбінованим якорем, що включає алюмінієвий якір у вигляді тонкої (0,5-1 мкм) фольги, мідний якір, який виконаний з більш товстої фольги (35-50 мкм). На базі математичної моделі, яка враховує нерівномірний розподіл струмів в індукторі і електропровідних якорях, встановлені особливості процесу метання комбінованого якоря в повітряному середовищі та проведені експериментальні дослідження. Результати. Розраховані електромеханічні і теплові характеристики плазмового метальника. Встановлено, що, вибір товщини діелектричного шару якоря, до якого прикріплені алюмінієвий і мідний якоря, обумовлений енергетичним балансом між температурою нагріву алюмінієвого якоря і електромеханічними показниками метальника. Наукова новизна. Експериментально встановлено, що найбільша густина і однорідність спостерігається в середині плазмового утворення, яке має форму тора, що віддаляється від діелектричного листа, на якому розташовувався алюмінієвий якір. З підвищенням напруги ємнісного накопичувача енергії збільшується густина індукованого струму в якорі і плазмове утворення стає більш однорідним. Практична цінність. У порівнянні з експериментальними результатами розрахований струм в індукторі співпадає як за формою, так і за значенням з точністю до 7 %. Найбільша відмінність між розрахунковим і експериментальним струмами індуктора виникає при термічному руйнуванні алюмінієвого якоря. Перехід алюмінієвого якоря в плазмове утворення суттєво залежить від напруги ємнісного накопичувача енергії. Бібл. 26, рис. 16
Power quality enhancement of grid-integrated solar photovoltaic system with unified power quality conditioner
Get PDFIntroduction. To enhance the quality of power and ensure a consistent electricity supply, this study proposes the utilization of a unified power quality conditioner (UPQC) system integrated with solar photovoltaic (PV) technology. The innovation involves single DC-link connecting back-to-back voltage-compensating components arranged in series and shunt, forming the PV-UPQC. The shunt compensator utilizes energy from a PV array to address harmonics in the load current. The objective is to mitigate voltage dips and spikes by injecting voltage that is either in phase with or out of phase with the common coupling point through a series compensator. The method combines the benefits of generating renewable energy to enhance electrical quality. The goal of the paper is the power quality enhancement of grid-integrated solar PV system. The novelty of the proposed work consists of enhancement of grid-integrated solar PV system with UPQC. The purpose of integrating a UPQC into a grid-connected solar PV system is to enhance power quality by mitigating issues such as voltage fluctuations, harmonics and reactive power imbalance. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with grid-integrated solar PV system with UPQC. Results. Integrating UPQC with a grid-connected solar PV system yields substantial improvements in power quality. This includes effectively mitigating voltage fluctuations and harmonics, resulting in smoother operation and reduced disturbances on the grid. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely useful for grid-integrated solar PV system with UPQC applications. References 15, table 2, figures 9.Вступ. Для підвищення якості електроенергії та забезпечення безперебійного електропостачання пропонується використовувати систему уніфікованого стабілізатора якості електроенергії (UPQC), інтегровану із сонячною фотоелектричною (PV) технологією. Інновація включає одиночну лінію постійного струму, що з’єднує зустрічно-паралельні компоненти компенсації напруги, розташовані послідовно, і шунт, утворюючи PV-UPQC. Шунтуючий компенсатор використовує енергію від масиву PV батарей для усунення гармонік струму навантаження. Мета полягає в тому, щоб пом’якшити провали та стрибки напруги шляхом подачі напруги, яке або збігається по фазі із загальною точкою з’єднання, або не збігається по фазі з нею через послідовний компенсатор. Метод поєднує переваги генерації відновлюваної енергії підвищення якості електроенергії. Метою статті є підвищення якості електроенергії інтегрованої в мережу сонячної фотоелектричної системи. Новизна запропонованої роботи полягає у покращенні інтегрованої у мережу сонячної PV системи за допомогою UPQC. Метою інтеграції UPQC у мережеву сонячну PV систему є підвищення якості електроенергії за рахунок пом’якшення таких проблем, як коливання напруги, гармоніки та дисбаланс реактивної потужності. Методи. Запропонована топологія реалізована у MATLAB/Simulink з інтегрованою в мережу сонячною PV системою з UPQC. Результати. Інтеграція UPQC із підключеною до мережі сонячною PV системою дає суттєве покращення якості електроенергії. Це включає ефективне пом’якшення коливань напруги і гармонік, що призводить до більш плавної роботи і зменшення перешкод в мережі. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для інтегрованої в мережу сонячної PV системи із застосуваннями UPQC. Бібл. 15, табл. 2, рис. 9
Спектральний та оптикометричний методи контролю параметрів плазмових каналів, спричинених розрядними струмами між гранулами металів у робочих рідинах
Get PDFIntroduction. Spark-erosion processing of metals and alloys granules in working liquids is the basis of a several technological processes. Efficiency of energy use in them and parameters of the resulting product largely depend on the accuracy of stabilization and regulation of pulse power in each plasma channel between the granules. To achieve this, until now only the voltage and current of the discharge pulses in the entire layer of granules have been controlled. Problem. The measurement methods, which are used, are not effective enough for monitoring the parameters of individual plasma channels and predicting the size distribution of eroded metals particles at the stage of their formation. The aim of the work is to develop a method for determining the volumes of components of plasma channels in layers of metals granules during their spark-erosion treatment to predict the size distribution of eroded metal particles at the stage of their formation, as well as to simplify the method of spectrometric analysis of the elemental composition of substances surrounding plasma channels for the operational prediction of the chemical composition of resulting products. Methodology. A series of experiments were carried out on spark-erosion processing of Al and Ag granules layers in distilled water. Using a digital camera, images of the plasma channels in them were obtained. Based on the theory of pulsed electrical breakdown of liquid dielectrics, an analysis of the components of plasma channels was carried out. Using the specialized ToupView program, the volumes of equivalent ellipsoids of rotation were determined, approximating the halos of colored radiation likely arising from streamers, as well as the spark cores of plasma channels emitting white light. The shades of the resulting radiation were studied for several metals and working liquids. The obtained data were compared with the known results of spectrometric studies for the same elements excited by similar mechanisms. Results. The theory of discharge-pulse systems for spark-erosion processing of granular conductive media has been developed in the direction of new methods for monitoring the parameters of discharge pulses and predicting the chemical composition and size distribution parameters of eroded metal particles at the stage of their production. An optic-metric method has been developed for determining the volumes of halos and cores of plasma channels. A simplified spectral method for determining the chemical composition of erosion particles based on the shade of the resulting radiation was proposed. Originality. The developed new optic-metric method makes it possible to obtain information about almost every plasma channel, which refines predictions of the size distribution of erosion particles. To implement the method, general-purpose hardware and specialized software that is freely available are used. The developed method of simplified spectral analysis of excited atoms makes it possible to make preliminary predictions of the chemical composition of the obtained erosion particles already at the stage of their formation without the use of expensive specialized equipment. Practical significance. The ratio of the volumes of halos and cores of plasma channels between Al and Ag granules in distilled water was measured. An analysis of the emission spectra of plasma channel halos between Al, Ag and Cu granules in distilled water, Fe in ethyl alcohol, Ni-Mn-Ga and Ti-Zr-Ni alloys in liquid nitrogen, and Ti-Zr-Ni in liquid argon was carried out. Based on spectrometry data, the resulting shades of these radiations were substantiated and their description in the RGB system is given. References 56, table 1, figures 4.Обґрунтовано актуальність та доцільність розроблення та застосування оптичних методів контролю параметрів плазмових каналів у шарах металевих гранул під час їх іскро- та плазмоерозійного оброблення з метою підвищення точності керування процесами і якості продукції, яка отримується. Розроблено оптикометричний метод визначення відношення об’ємів кольорових ореолів, імовірно спричинених стримерами, та іскрових ядер плазмових каналів між гранулами металів у робочій рідині, який не потребує спеціалізованого спектрометричного обладнання, а базується на використанні апаратних засобів загального призначення та спеціалізованого програмного забезпечення, яке є у вільному доступі. Даним методом проведено аналіз відношення об’ємів кольорових ореолів та іскрових ядер плазмових каналів між гранулами Al та Ag у дистильованій воді, що дало додаткову інформацію для прогнозів співвідношення нано- та мікророзмірних фракцій ерозійних частинок металів на етапі їх формування. Проведено аналіз спектрів випромінювання кольорових ореолів плазмових каналів у дистильованій воді між гранулами Al, Ag, Fe та Cu, а також Ni-Mn-Ga та Ti-Zr-Ni у рідкому азоті і Ti-Zr-Ni у рідкому аргоні. Обґрунтовано і узагальнено відтінки результуючого випромінювання у цих випадках та наведено їх опис за RGB-кодами. Обґрунтовано можливість спрощення спектрометричного методу аналізу плазми та оточуючої її парогазової фази у шарах металевих гранул за аналізом відтінку результуючого випромінювання, який базується на отриманих раніше спектрометричних даних. Бібл. 56, табл. 1, рис. 4
Research for an enhanced fault-tolerant solution against the current sensor fault types in induction motor drives
Get PDFIntroduction. Recently, three-phase induction motor drives have been widely used in industrial applications; however, the feedback signal failures of current sensors can seriously degrade the operation performance of the entire drive system. Therefore, the motor drives require a proper solution to prevent current sensor faults and improve the reliability of the motor drive systems. The novelty of the proposed research includes integrating the current sensor fault-tolerant control (FTC) function according to enhanced technique into the field-oriented control loop for speed control of the motor drive system. Purpose. This research proposes a hybrid method involving a third difference operator and signal comparison algorithm to diagnose various types of current sensor faults as a positive solution to enhance the stability of the induction motor drive system. Methods. A hybrid method involving a third difference operator for the measured speed signals and a comparison algorithm between measured and estimated current signals are proposed to diagnose the current sensors’ health status in the fault-tolerant process. After determining the faulty sensor, the estimated current signals based on the Luenberger observer are used immediately to replace the defective sensor signal. Results. The current sensor is simulated with various failure types, from standard to rare failures, to evaluate the performance of the FTC method implemented in the MATLAB/Simulink environment. Simultaneously, a fault flag corresponding to a defective sensor should be presented as an indicator to execute the repair process for faulty sensors at the proper time. Practical value. Positive results have proven the feasibility and effectiveness of the proposed FTC integrated into the speed controller to improve reliability and ensure the stable operation of the induction motor drive system even under current sensor fault conditions. References 29, tables 3, figures 10.Вступ. Останнім часом трифазні приводи з асинхронними двигунами широко використовуються у промисловості; однак відмови сигналу зворотного зв'язку датчиків струму можуть погіршити експлуатаційні характеристики всієї системи приводу. Тому для електроприводів потрібне належне рішення для запобігання відмов датчиків струму та підвищення надійності систем приводу. Новизна пропонованого дослідження полягає в інтеграції функції відмовостійкого управління датчиком струму (FTC) відповідно до вдосконаленої методики в контур управління полем для управління швидкістю системи приводу. Мета. У цьому дослідженні пропонується гібридний метод, що включає оператор третьої різниці та алгоритм порівняння сигналів для діагностики різних типів відмов датчиків струму як позитивне рішення для підвищення стійкості системи приводу з асинхронним двигуном. Методи. Пропонується гібридний метод, що включає оператор третьої різниці для виміряних сигналів швидкості та алгоритм порівняння між виміряними та оціночними сигналами струму, для діагностики стану справності датчиків струму у відмовостійкому процесі. Після визначення несправного датчика сигнали оцінки струму на основі спостерігача Люенбергера негайно використовуються для заміни сигналу несправного датчика. Результати. Датчик струму моделюється з різними типами відмов, від стандартних до рідкісних відмов, з метою оцінки продуктивності методу FTC, реалізованого у середовищі MATLAB/Simulink. Одночасно прапорець несправності, що відповідає несправному датчику, повинен бути представлений як індикатор для виконання процесу ремонту несправних датчиків у належний час. Практична цінність. Позитивні результати довели здійсненність та ефективність пропонованого FTC, інтегрованого в регулятор швидкості, для підвищення надійності та забезпечення стабільної роботи системи приводу з асинхронним двигуном навіть в умовах несправності датчика струму.. Бібл. 29, табл. 3, рис. 10