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
Method for prediction magnetic silencing of uncertain energy-saturated extended technical objects in prolate spheroidal coordinate system
Get PDFAim. Development of method for prediction by energy-saturated extended technical objects magnetic silencing based on magnetostatics geometric inverse problems solution and magnetic field spatial spheroidal harmonics calculated in prolate spheroidal coordinate system taking into account of technical objects magnetic characteristics uncertainties. Methodology. Spatial prolate spheroidal harmonics of extended technical objects magnetic field model calculated as magnetostatics geometric inverse problems solution in the form of nonlinear minimax optimization problem based on near field measurements for prediction far extended technical objects magnetic field magnitude. Nonlinear objective function calculated as the weighted sum of squared residuals between the measured and predicted magnetic field COMSOL Multiphysics software package used. Nonlinear minimax optimization problems solutions calculated based on particle swarm nonlinear optimization algorithms. Results. Results of prediction extended technical objects far magnetic field magnitude based on extended technical objects spatial prolate spheroidal harmonics of the magnetic field model in the prolate spheroidal coordinate system using near field measurements with consideration of extended technical objects magnetic characteristics uncertainty. Originality. The method for prediction by extended technical objects magnetic cleanliness based on spatial prolate spheroidal harmonics of the magnetic field model in the prolate spheroidal coordinate system with consideration of magnetic characteristics uncertainty is developed. Practical value. The important practical problem of prediction extended technical objects magnetic silencing based on the spatial prolate spheroidal harmonics of the magnetic field model in the prolate spheroidal coordinate system with consideration of extended technical objects magnetic characteristics uncertainty solved. References 48, figures 2.Мета. Розробка методу прогнозування магнітної тиші енергонасичених витягнутих технічних об’єктів на основі розв’язку обернених геометричних задач магнітостатики та обчислення просторових сфероїдальних гармонік магнітного поля в витягнутій сфероїдній системі координат з врахуванням невизначеностей магнітних характеристик технічних об’єктів. Методологія. Просторові витягнуті сфероїдні гармоніки моделі магнітного поля витягнутих технічних об’єктів розраховані як розв’язок обернених геометричних задач магнітостатики в формі нелінійної задачі мінімаксної оптимізації на основі вимірювань ближнього поля для прогнозування величини магнітного поля витягнутих технічних об’єктів. Нелінійна цільова функція розрахована як зважена сума квадратів залишків між виміряним і прогнозованим магнітним полем, яке обчислено з використаням програмного пакету COMSOL Multiphysics. Розв’язки задач нелінійної мінімаксної оптимізації розраховані на основі алгоритмів нелінійної оптимізації роєм частинок. Результати. Результати прогнозування величини дальнього магнітного поля витягнутих технічних об’єктів на основі просторових витягнутих сфероїдальних гармонік моделі магнітного поля в витягнутій сфероїдній системі координат з використанням вимірювань ближнього поля та з врахуванням невизначеності магнітних характеристик витягнутих технічних об’єктів. Оригінальність. Розроблено метод прогнозування магнітної тиші витягнутих технічних об’єктів на основі просторових витягнутих сфероїдальних гармонік моделі магнітного поля в витягнутій сфероїдній системі координат з врахуванням невизначеності магнітних характеристик. Практична цінність. Вирішено важливу практичну задачу магнітної тиші витягнутих технічних об’єктів на основі просторових витягнутих сфероїдальних гармонік моделі магнітного поля в розширеній сфероїдній системі координат з врахуванням невизначеності магнітних характеристик витягнутих технічних об’єктів. Бібл. 48, рис. 2
Analytical relations for fields and currents in magnetic-pulsed «expansion» of tubular conductors of small diameter
Get PDFIntroduction. This work was initiated by the problems of cardiovascular diseases, which are one of the main causes of mortality of the population of our planet. More than ten years ago, in 2012, approximately 3.7 million people died of acute coronary syndrome worldwide. The fight against such pathologies is carried out with the help of so-called stents, the manufacture of which can be carried out by the method of magnetic pulse «expansion» from hollow metal cylinders. The limited production possibilities of magnetic pulse «expansion» were caused by the minimum cross-sectional size of the inductor-instrument, which can be practically manufactured. Other tools are required to perform this operation. Novelty. A system of magnetic-pulse expansion of thin-walled pipes of small diameter with an inductor that excites an azimuthal electromagnetic field in the case of direct current passing through the processing object and in the absence of its connection in an electric circuit with an inductor is proposed. Purpose. The main analytical dependencies for the characteristics of the electromagnetic processes taking place in the inductor systems for the expansion of cylindrical conductive pipes of small diameter when direct passage of current through the processed object and when it is not connected to an electric circuit with an inductor (insulated billet) is derived. Methods. The solution of the boundary value problem with given boundary conditions was carried out by applying Laplace transforms and integrating Maxwell’s equations. Results. Analytical expressions were obtained for the main characteristics of the processes: the intensities of the excited electromagnetic fields and currents in the system depending on the parameters of the studied systems. The analysis of possible technical schemes for solving the given problem indicated the choice of the optimal variant of an effective system of magnetic-pulse «stretching» of thin-walled cylindrical conductors of small diameter. Practical value. Based on the qualitative analysis of the obtained results, recommendations for the practical implementation of the proposed system were formulated. The obtained dependences allow us to give numerical estimates of the effectiveness of excitation of magnetic pressure forces on the object of processing and to choose directions for further improvement of the magnetic pulse technology for solving such problems. References 23, figures 2.Вступ. Ця робота була започаткована проблемами серцево-судинних захворювань, які є однією з основних причин смертності населення нашої планети. Вже більш десяти років тому, в 2012 році, від гострого коронарного синдрому в усьому світі померло приблизно 3,7 мільйона людей. Боротьба з такими патологіями ведеться за допомогою так званих стентів, виготовлення яких може здійснюватися методом магнітно-імпульсного «роздачі» порожнистих металевих циліндрів. Обмежені виробничі можливості магнітно-імпульсної «роздачі» обумовлювалися мінімальним поперечним розміром індуктора-інструмента, який практично можна виготовити. Для виконання цієї операції потрібні інші інструменти. Новизна. Запропоновано систему магнітно-імпульсного розширення тонкостінних труб малого діаметра з індуктором, який збуджує азимутальне електромагнітне поле, при прямому пропусканні струму через об’єкт обробки та при відсутності його підключення у електричне коло з індуктором. Мета. Одержано аналітичні вирази для основних характеристик процесів: напруженостей збуджуваних електромагнітних полів і струмів у системі в залежності від параметрів досліджуваних систем. Методи. Розв’язання крайової задачі із заданими граничними умовами проводилось при застосуванні перетворень Лапласа та інтегрування рівнянь Максвела. Результати. Отримано аналітичні вирази для основних характеристик процесів, що протікають: напруженості збуджуваних електромагнітних полів і струмів у системі. Аналіз можливих технічних схем вирішення поставленої задачі вказав на вибір оптимального варіанту ефективної системи магнітно-імпульсного «роздачі» тонкостінних циліндричних провідників малого діаметра. Практична цінність. На основі якісного аналізу отриманих результатів сформульовано рекомендації щодо практичного впровадження запропонованої системи. Отримані залежності дозволяють дати чисельні оцінки ефективності збудження сил магнітного тиску на об’єкт обробки та вибрати напрямки подальшого вдосконалення магнітно-імпульсної технології для вирішення таких задач. Бібл. 23, рис. 2
Smart current control of the wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator using predictive and hysteresis model
Get PDFIntroduction. Given the increasing demand for performance and efficiency of converters and power drives, the development of new control systems must take into account the real nature of these types of systems. Converters and dimmers power are nonlinear systems of a hybrid nature, including elements linear and nonlinear and a finite number of switching devices. Signals input for power converters are discrete signals that control the ‘opening and closing’ transitions of each component. Problem. In the multilevel inverters connected to grid, the switching frequency is the principal cause of harmonics and switching losses, which by nature, reduces the inverter’s efficiency. Purpose. For guarantee the satisfying quality of power transmitted to the electrical grid, while ensuring reduction of current ripples and output voltage harmonics. Novelty. This work proposes a new smart control, based on a predictive current control of the three level neutral point clamped inverter, used in Wind Energy Conversion System (WECS) connected to grid, based permanent magnet synchronous generator, powered by a hysteresis current control for the rectifier. This new formula guarantees handling with the influence of harmonics disturbances (similar current total harmonic distortion), voltage stress, switching losses, rise time, over or undershoot and settling time in WECS. Methods. The basic idea of this control is to choose the best switching state, of the power switches, which ameliorates the quality function, selected from order predictive current control of WECS. Results. Practical value. Several advantages in this intelligent method, such as the fast dynamic answer, the easy implementation of nonlinearities and it requires fewer calculations to choose the best switching state. In addition, an innovative algorithm is proposed to adjust the current ripples and output voltage harmonics of the WECS. The performances of the system were analyzed by simulation using MATLAB/Simulink.Вступ. Зважаючи на зростаючі вимоги до продуктивності та ефективності перетворювачів та силових приводів, при розробці нових систем керування необхідно враховувати реальну природу систем такого типу. Перетворювачі та регулятори потужності являють собою нелінійні системи гібридної природи, що включають лінійні та нелінійні елементи та кінцеве число комутаційних пристроїв. Вхідні сигнали для силових перетворювачів є дискретними сигналами, які керують переходами «відкриття та закриття» кожного компонента. Проблема. У багаторівневих інверторах, підключених до мережі, частота перемикання є основною причиною гармонік та втрат перемикання, що за своєю природою знижує ефективність інвертора. Мета. Гарантувати задовільну якість електроенергії, що передається в електричну мережу, при одночасному зниженні пульсацій струму та гармонік вихідної напруги. Новизна. У цій роботі пропонується новий інтелектуальний контроль, заснований на прогнозуючому керуванні струмом трирівневого інвертора з фіксованою нейтральною точкою, що використовується в системі перетворення енергії вітру (WECS), підключеної до мережі, на основі синхронного генератора з постійними магнітами, що живиться від керування струмом . Ця нова формула гарантує обробку з урахуванням впливу гармонічних перешкод (аналогічні загальні гармонічні спотворення струму), перенапруги, втрат перемикання, часу наростання, пере- чи недорегулювання, а також часу стабілізації WECS. Методи. Основна ідея цього управління полягає у виборі найкращого стану перемикання силових перемикачів, що покращує функцію якості, обрану з порядку прогнозуючого керування струмом WECS. Результати. Практична цінність. Цей інтелектуальний метод має кілька переваг, таких як швидка динамічна відповідь, простота реалізації нелінійностей і необхідність меншої кількості обчислень для вибору найкращого стану перемикання. Крім того, запропоновано інноваційний алгоритм регулювання пульсацій струму та гармонік вихідної напруги WECS. Характеристики системи проаналізовано шляхом моделювання з використанням MATLAB/Simulink
Harmonics suppression in high-speed railway via single-phase traction converter with an LCL filter using fuzzy logic control strategy
Get PDFIntroduction. The railway Traction Power Supply System (TPSS) encounters a common challenge related to high-frequency harmonic resonance, especially when employing AC-DC-AC traction drive systems in high-speed trains. This resonance issue arises when the harmonic elements introduced by the traction AC-DC converter on the grid side of trains align with the innate resonance frequency of the TPSS. The novelty the proposed work focuses on the challenges associated with resonance elevation and high-frequency harmonics in high-speed trains, while simultaneously enhancing energy quality. This is achieved by integrating a pulse-width-modulated converter on the grid side with a single-phase configuration and incorporating an LCL filter. Methodology. In order to optimize the system’s efficiency, a robust control system is employed, taking advantage of the capabilities of a fuzzy logic controller (FLC). The choice of the FLC is justified by its straightforward design and reliability, emphasizing the dedication to precise control, as fuzzy logic excels in handling complex, nonlinear systems. Through the use of linguistic variables and heuristic reasoning, the FLC adjusts to dynamic changes in the system, demonstrating its efficacy in enhancing both transient and steady-state responses. Practical value. A grid-side LCL filter-based converter was meticulously designed and rigorously simulated using the MATLAB/Simulink platform. The inclusion of an advanced FLC in the system introduced a novel approach to control strategies, surpassing the traditional PI controller. Through a comprehensive comparative analysis, the simulation results showcased the remarkable efficacy of the proposed solution in an effectively mitigating high-frequency resonance within the TPSS. This outcome underscores the potential of FLC as a sophisticated control mechanism for enhancing the performance systems in railway applications, showcasing its superiority over conventional control methods. The study contributes in shedding light on innovative approaches for optimizing the control and efficiency of grid-side LCL filter-based converters in high-speed train systems.Вступ. Система тягового електропостачання залізниць (TPSS) стикається із загальною проблемою, пов’язаною з високочастотним гармонійним резонансом, особливо при використанні систем тягового приводу змінного, постійного та змінного струму у високошвидкісних поїздах. Ця проблема резонансу виникає, коли гармонійні елементи, що вносяться тяговим перетворювачем змінного струму в постійний струм на стороні мережі поїздів, збігаються із внутрішньою резонансною частотою TPSS. Новизна запропонованої роботи зосереджена на проблемах, пов’язаних із підвищенням резонансу та високочастотними гармоніками у високошвидкісних поїздах, при одночасному підвищенні якості енергії. Це досягається за рахунок інтеграції перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією на стороні мережі з однофазною конфігурацією і включення фільтра LCL. Методологія. Для оптимізації ефективності системи використовується надійна система управління, яка використовує можливості контролера нечіткої логіки (FLC). Вибір FLC виправданий його простою конструкцією та надійністю, що підкреслюють прихильність до точного управління, оскільки нечітка логіка чудово справляється зі складними нелінійними системами. Завдяки використанню лінгвістичних змінних та евристичних міркувань, FLC пристосовується до динамічних змін у системі, демонструючи свою ефективність у посиленні як перехідних, так і стійких реакцій. Практична цінність. Перетворювач на основі LCL-фільтра на стороні мережі ретельно спроектований та ретельно змодельований за допомогою платформи MATLAB/Simulink. Включення до системи вдосконаленого FLC представило новий підхід до стратегій управління, що перевершує традиційний ПІ-регулятор. Завдяки всебічному порівняльному аналізу, результати моделювання продемонстрували чудову ефективність запропонованого рішення в ефективному пом’якшенні високочастотного резонансу TPSS. Цей результат підкреслює потенціал FLC як складного механізму управління підвищенням продуктивності систем в залізничних застосуваннях, демонструючи його перевагу над традиційними методами управління. Дослідження сприяє проливанню світла на інноваційні підходи до оптимізації управління та ефективності мережевих перетворювачів на основі LCL-фільтрів у системах високошвидкісних поїздів
Електротехнічне обладнання для генерування і вимірювання повного імпульсного струму штучної блискавки в умовах високовольтної електрофізичної лабораторії
Get PDFGoal. Decision of problem scientific and technical task on the reliable generating and measuring in the conditions of high-voltage electrophysics laboratory basic component of complete pulse current of artificial lightning with the rationed amplitude-temporal parameters (ATPs) with the use of the modernized generator of current of lightning of type of UITOM-1. Methodology. Bases of the applied electrical engineering, electrodynamics and electrophysics, electrophysics bases of technique of high-voltage and high pulse currents, bases of high-voltage pulse technique and measuring technique. Results. Information, which specify on a decision at Research and Design Institute «Molniya» of National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» problem scientific and technical task, related to the reliable generating and measuring in the conditions of high-voltage electrophysics laboratory of complete pulse current of artificial lightning, which contains pulse A- (repeated pulse D-), intermediate B- and long-term C- (shortened long C*-) components of this current, is resulted, ATPs which answer the hard technical requirements of normative documents of the USA of SAE ARP 5412: 2013, SAE ARP 5414: 2013 and SAE ARP 5416: 2013. Short information is indicated about the applied electrical circuits of separate high-voltage generators of pulse currents of condenser type of GIC-A (GIC-D), GIC-B and GIC-C (GIC-C*), which it is worked as synchronous appearance on the general electrical loading in composition the modernized powerful high voltage generator of complete pulse e current of artificial lightning of type of UITOM-1, and in-use high-voltage measuring facilities which contain the heavy-current low-resistance shunts of type of SHK-300 for simultaneous registration with their help on examinee on stability to lightning devices objects of aviation and space-rocket technique of ATPs proper component of complete i pulse current of artificial lightning. Technical examples are resulted and the row of results of practical application of the indicated domestic powerful high-voltage proof-of-concept electrophysics equipment is described at the tests of elements of some aircrafts (ACs) on resistibility to the direct action on them of complete pulse current of artificial lightning with rationed ATPs. Originality. A problem is formulated and having the important applied value in area of aviation and space-rocket technique for the leading countries of the world scientific and technical task on the reliable generating and measuring in the conditions of high-voltage electrophysics laboratory indicated component of complete pulse current of artificial lightning with rationed ATPs and concrete electro-technological ways and hardware are indicated for its successful decision. Practical value. The use of the modernized powerful high-voltage generator of complete pulse current of artificial lightning of type of UITOM-1 developed in practice and created in Ukraine will allow to conduct the real verification on resistibility to the action of lightning of different side systems, devices and construction elements, containing metallic and composition materials, both again developed and modernized ACs, that will be instrumental in the increase of vitality of such ACs in the extreme terms of their flight and stay in an electrical active earthly atmosphere with flowing in it storm electrical discharges. References 30, tables 3, figures 20.Приведені дані, які вказують на вирішення в НДПКІ «Молнія» НТУ «ХПІ» проблемної науково-технічної задачі, пов’язаної з надійним генеруванням і вимірюванням в умовах високовольтної електрофізичної лабораторії повного імпульсного струму штучної блискавки, що містить імпульсну А- (повторну імпульсну D-), проміжну В- і тривалу С- (укорочену тривалу С*-) компоненти даного струму, які відповідають технічним вимогам нормативних документів США SAE ARP 5412: 2013, SAE ARP 5414: 2013 і SAE ARP 5416: 2013. Вказані відомості про застосовані електричні схеми окремих високовольтних генераторів імпульсних струмів конденсаторного типу ГІС-А (ГІС-D), ГІС-В і ГІС-С (ГІС-С*), що синхронно працюють на загальне електричне навантаження у складі модернізованого потужного високовольтного генератора струму штучної блискавки типу УИТОМ-1, і використовувані високовольтні вимірювальні засоби, які містять удосконалені низькоомні шунти типу ШК-300 для одночасній реєстрації за їх допомогою на випробовуваних на блискавкостійкість пристроях об’єктів авіаційної і ракетно-космічної техніки амплітудно-часових параметрів (АЧП) відповідних компонент повного імпульсного струму штучної блискавки. Приведені технічні приклади і описані деякі результати практичного застосування вказаного модернізованого вітчизняного високовольтного електрофізичного обладнання при випробуваннях елементів вітчизняних літальних апаратів на стійкість до прямої дії на них основних компонент імпульсного струму штучної блискавки з нормованими АЧП. Бібл. 30, табл. 3, рис. 20
The effect of thermal ageing on electrical and mechanical properties of thermoplastic nanocomposite insulation of power high-voltage cables
Get PDFThis research explores the thermal ageing influence on the Low Density Polyethylene (LDPE) dielectric properties, which is utilised as electrical insulation in high-voltage cables. An accelerated thermal ageing test was done at four temperature ranges ranging from 25 °C to 120 °C to define the degree of material deterioration under thermal ageing and to prevent its failure. LDPE composite samples were made by adding aluminium oxide (Al2O3) inorganic filler in two different grain sizes (nano and micro) with various concentrations. The effect of adding inorganic filler on the acceleration of the thermal ageing of the polymer was studied by heating the samples for different periods of time and measuring the dielectric strength of the samples. The obtained results show that thermal ageing considerably affects the electrical properties of the material. The LDPE/Al2O3 nanofiller sample has the highest dielectric strength value at different temperatures. Thermogravimetric analysis was used to investigate the thermal characteristics of materials. The mechanical characteristics of LDPE polymer are studied using tensile strength and elongation at break tests. References 27, table 4, figures 6.У цьому дослідженні вивчається вплив термічного старіння на діелектричні властивості поліетилену низької щільності (LDPE), який використовується як електрична ізоляція у високовольтних кабелях. Випробування на прискорене термічне старіння було проведено в чотирьох температурних діапазонах від 25 до 120 °C, щоб визначити ступінь руйнування матеріалу при термічному старінні і запобігти його виходу з ладу. Композитні зразки LDPE були виготовлені шляхом додавання неорганічного наповнювача з оксиду алюмінію (Al2O3) з двома різними розмірами зерен (нано та мікро) у різних концентраціях. Вплив додавання неорганічного наповнювача на прискорення термічного старіння полімеру вивчали шляхом нагрівання зразків протягом різних періодів часу та вимірювання діелектричної міцності зразків. Отримані результати показують, що термічне старіння істотно впливає на електричні властивості матеріалу. Зразок нанонаповнювача LDPE/Al2O3 має найбільше значення діелектричної міцності за різних температур. Термогравіметричний аналіз використовувався для дослідження термічних характеристик матеріалів. Механічні характеристики полімеру LDPE вивчаються з використанням випробувань на міцність на розрив та подовження при розриві. Бібл. 27, табл. 4, рис. 6
Enhancing off-grid wind energy systems with controlled inverter integration for improved power quality
Get PDFIntroduction. Off-grid wind energy systems play a pivotal role in providing clean and sustainable power to remote areas. However, the intermittent nature of wind and the absence of grid connectivity pose significant challenges to maintaining consistent power quality. The wind energy conversion system plays a central role in tapping renewable energy from wind sources. Operational parameters such as rotor and stator currents, output voltages of rectifiers and converters, and grid phase voltage variations are crucial for stable power generation and grid integration. Additionally, optimizing power conversion output through voltage gain analysis in boost converters is essential. Moreover, ensuring electricity quality via total harmonic distortion reduction in inverters is vital for grid compatibility. Goal. Enhancing the power quality of grid-integrated wind energy conversion systems. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with optimized control strategies for enhancing power quality in off-grid wind energy systems. Results. Control strategies with a grid-connected wind energy conversion 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 off grid-integrated wind system. References 18, table 1, figures 11.Вступ. Автономні вітроенергетичні системи грають ключову роль у забезпеченні екологічно чистої та сталої електроенергії віддалених районів. Однак переривчастий характер вітру та відсутність підключення до мережі створюють значні проблеми для підтримки сталої якості електроенергії. Система перетворення енергії вітру відіграє важливу роль у використанні відновлюваної енергії з джерел вітру. Робочі параметри, такі як струм ротора та статора, вихідна напруга випрямлячів і перетворювачів, а також коливання фазної напруги мережі, є вирішальними для стабільного виробництва електроенергії та інтеграції в мережу. Також важлива оптимізація вихідної потужності за допомогою аналізу посилення напруги в підвищувальних перетворювачах. Забезпечення якості електроенергії за рахунок зменшення повного гармонійного спотворення в інверторах є життєво важливим для сумісності з мережею. Мета. Підвищення якості електроенергії інтегрованих в мережу систем перетворення енергії вітру. Методи. Запропонована топологія реалізована в MATLAB/Simulink з оптимізованими стратегіями керування для підвищення якості електроенергії у автономних вітроенергетичних системах. Результати. Стратегії керування за допомогою підключеної до мережі системи перетворення енергії вітру дають суттєві покращення якості електроенергії. Це включає в себе ефективне послаблення коливань напруги та гармонік, що призводить до більш плавної роботи та зменшення завад у мережі. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для автономної інтегрованої вітрової системи. Бібл. 18, табл. 1, рис. 11
Method for prediction and control by uncertain microsatellite magnetic cleanliness based on calculation and compensation magnetic field spatial harmonics
Get PDFAim. Development of method for prediction and control the microsatellite magnetic cleanliness taking into account the uncertainties of the magnetic characteristics of the microsatellite, based on calculation the magnetic field spatial spherical harmonics in the area of the onboard magnetometer installation and using compensating multipoles. Methodology. Spatial spherical harmonics of microsatellite magnetic field in the area of the onboard magnetometer installation calculated as solution of nonlinear minimax optimization problem based on near field measurements for prediction far spacecraft magnetic field magnitude. Nonlinear objective function calculated as the weighted sum of squared residuals between the measured and predicted magnetic field. Values of the compensating dipoles, quadrupoles and octupoles and coordinates of them placement inside the spaceship for compensation of the dipoles, quadrupoles and octupoles components of the microsatellite initial magnetic field also calculated as solution of nonlinear minimax optimization problem. Both solutions of this nonlinear minimax optimization problems calculated based on particle swarm nonlinear optimization algorithms. Results. Results of prediction spacecraft far magnetic field magnitude based on spacecraft spatial spherical harmonics of the magnetic field using near field measurements and compensation of the dipoles, quadrupoles and octupoles components of the initial magnetic field with consideration of spacecraft magnetic characteristics uncertainty for ensuring the microsatellite magnetic cleanliness. Originality. The method for prediction and control by spacecraft magnetic cleanliness based on calculation spatial spherical harmonics of the magnetic field in the area of the onboard magnetometer installation using compensation of the dipoles, quadrupoles and octupoles components of the initial magnetic field with consideration of magnetic characteristics uncertainty is developed. Practical value. The important practical problem of ensuring the magnetic cleanliness of the «Sich-2» microsatellite family based on the spatial spherical harmonics of the magnetic field model using the compensation of the dipole, quadrupole and octupole components of the output magnetic field of the sensor for the kinetic parameters of the neutral component of the space plasma at the point of installation of the on-board magnetometer LEMI-016 by setting the compensating dipole, quadrupole and octupole with consideration of spacecraft magnetic characteristics uncertainty solved.Мета. Розробка методу прогнозування та управління магнітною чистотою мікросупутника на основі обчислення просторових сферичних гармонік магнітного поля в зоні встановлення бортового магнітометру з використанням компенсації сферичних гармонік вихідного магнітного поля та з урахуванням невизначеності магнітних характеристик. Методологія. Просторові сферичні гармоніки магнітного поля мікросупутника розраховані як рішення задачі нелінійної мінімаксної оптимізації на основі вимірювань ближнього магнітного поля для прогнозування величини дальнього магнітного поля. Нелінійна цільова функція обчислена в вигляді зваженої суми квадратів залишків між виміряним і прогнозованим магнітним полем. Величини компенсуючих диполів, квадруполів та октуполів та координати їх розташування в просторі мікросупутника для компенсації вихідного магнітного поля космічного апарату розраховані як рішення нелінійної задачі мінімаксної оптимізації. Рішення обох задач нелінійної мінімаксної оптимізації розраховані на основі алгоритмів нелінійної оптимізації роєм частинок. Результати. Результати прогнозування величини дальнього магнітного поля мікросупутника на основі обчислення просторових сферичних гармонік моделі магнітного поля в зоні встановлення бортового магнітометру з використанням вимірювань ближнього поля та компенсації дипольних, квадрупольних та октупольних компонент вихідного магнітного поля з урахуванням невизначеності магнітних характеристик для забезпечення магнітної чистоти мікросупутника. Оригінальність. Розроблено метод прогнозування та управління магнітною чистотою мікросупутника на основі обчислення просторових сферичних гармонік магнітного поля з використанням компенсації дипольних, квадрупольних та октупольних компонент вихідного магнітного поля та з урахуванням невизначеності магнітних характеристик. Практична цінність. Вирішено важливу практичну задачу забезпечення магнітної чистоти орбітального космічного апарату сімейства «Січ-2» на основі обчислення просторових сферичних гармонік моделі магнітного поля з використанням компенсації дипольних, квадрупольних та октупольних компонент вихідного магнітного поля датчика кінетичних параметрів нейтрального компонента космічної плазми в точці розташування бортового магнітометру LEMI-016 шляхом установки компенсуючих диполів, квадруполів та октуполів та з урахуванням невизначеності магнітних характеристик
Отримання максимуму потужності від джерела за допомогою імпульсних регуляторів підвищувально-понижувального типу, що працюють на акумулятор
Get PDFIntroduction. Pulse regulators are widely used to match the output resistance of the source with the load resistance in order to ensure the possibility of taking maximum power when the value of the load resistance changes. Problem. In the case of using non-traditional and renewable sources of electrical energy, for a more uniform supply of energy to the load, a battery is often connected to the output of the pulse regulator, which works in buffer mode. In such cases, the load for the pulse regulator will be the battery itself, and the role of the source load will be performed by the input resistance of the regulator. To ensure the mode of operation of the pulse regulator, in which the maximum power will be transmitted from the source to the load, it is necessary to know the regulating characteristics of the regulator. There are works that analyze the regulating characteristics of step-up and step-down pulse regulators, which are used to match the load with the output resistance of the source. At the same time, for the same purpose, pulse regulators of the step-up and step-down type can be used. Goal. The purpose of the work is to analyze the features of the operation of step-up and step-down type pulse regulators in the mode of maximum power transmission from the source to the battery, as well as to determine the conditions under which it is possible and appropriate to use such regulators for the specified purpose. Methodology. The regulating characteristics of step-up and step-down type pulse regulators with sequential and parallel switching on of the controlled key were determined and analyzed, taking into account the presence of a battery at their output. Results. It is shown that the transfer of energy from the source to the battery is possible only under certain modes of operation of the regulator, which depend on the type of regulator, as well as the amount of voltage on the battery. The conditions under which it is possible to draw the maximum power from the source are determined. Originality. Since the output resistance of the source and the load resistance are of the same order in the maximum power selection mode, the internal resistance of the power source was taken into account when determining the regulating characteristics of the regulators. Practical value. The obtained results made it possible to formulate practical recommendations for a justified choice of the regulator’s operating modes, depending on its type and the value of voltage on the battery. References 15, tables 1, figures 4.Проаналізовано регулювальні характеристики імпульсних регуляторів підвищувально-понижувального типу з урахуванням внутрішнього опору джерела живлення, за умови підключення акумулятора на їх виході. Показано, що за наявності акумулятора, регулятори напруги працюватимуть у режимі регулювання струму заряджання акумулятора. При цьому діапазон регулювання відносного часу замкненого стану ключа буде обмеженим. Дано рекомендації щодо вибору режимів роботи регулятора, за яких забезпечується передавання енергії від джерела до акумулятора, в залежності від схеми регулятора, а також значення напруги на акумуляторі. Визначено умови, за яких забезпечується передавання максимальної потужності від джерела живлення до акумулятора. Бібл. 15, табл. 1, рис. 4
Моделювання та аналіз електротеплових процесів в установках індукційної термообробки алюмінієвої жили силових кабелів
Get PDFIntroduction. The development of the electric power industry is directly related to the improvement of cable lines. Cable lines meet modern requirements for reliability, they are increasingly used. Problem. Currently, power cables with an aluminum multi-conductor core, which requires heat treatment - an annealing process at the stage of the technological manufacturing process, are widespread. This process makes it possible to desirably reduce the electrical resistance of the wire and increase its flexibility. For effective use of induction heating during annealing of an aluminum core, it is necessary to determine the optimal frequency of the power source of the inductor. Considering the long length of the inductor and the large number of its turns, the numerical calculation of the electromagnetic field, which is necessary for calculating the equivalent electrical parameters of the turns of the inductor and its efficiency, requires significant computer resources. The goal is to develop a computer model for calculating electro-thermal processes in an induction plant for heating (up to the annealing temperature) an aluminum core of a power cable moving in the magnetic field of a long multi-turn inductor, as well as obtaining frequency dependences of the equivalent R, L parameters of such an inductor and determining the optimal the value of the frequency of the power source, which corresponds to the maximum value of the electrical efficiency of the inductor. Methodology. The mathematical model was developed to analyze the coupled electromagnetic and thermal processes occurring in a core moving in a time-harmonic magnetic field of an inductor at a constant speed. The differential equations for the electromagnetic and temperature fields, taking into account the boundary conditions, represent a coupled electro-thermal problem that was solved numerically by the finite element method using the Comsol software package. For a detailed analysis of the electromagnetic processes in the inductor, an additional problem was considered at the level of the elementary cell, which includes one turn of the inductor and a fragment of the core located near this turn. Results. According to the results of the calculation of the electromagnetic field in the area of the elementary cell, the equivalent electrical parameters of one turn of the inductor and the entire multi-turn inductor were calculated depending on the frequency of the electric current. The frequency dependences of the electrical efficiency of the inductor were calculated. Originality. Taking into account the design features of the inductor (its long length and large number of turns), the method of multiscale modeling was used. Electro-thermal processes in the core were studied at the macro level, and the distribution of the electromagnetic field and electric current density in the cross-section of the massive copper turn of the inductor was calculated at the micro level – at the level of an elementary cell containing only one turn of the inductor. The frequency dependences of the equivalent R, L parameters of the inductor, taking into account the skin effect, the proximity effect, and the geometric effect, were obtained, and the quantitative influence of the electric current frequency on these effects was studied. Practical value. The dependence of the electrical efficiency of the inductor on the frequency of the power source was obtained and it was shown that for effective heating of an aluminum core with a diameter of 28 mm, the optimal value of the frequency is in the range of 1–2 kHz, and at the same time the electrical efficiency reaches values of ηind = 0.3–0.33, respectively.У роботі досліджено електромагнітні та теплові процеси в установках індукційного нагрівання алюмінієвої жили силових кабелів та умови реалізації технологій її відпалювання. При математичному моделюванні вказаних процесів ураховано такі конструктивні особливості індуктора, як його значна довжина і відповідно велика кількість його витків, що викликало необхідність використати метод мультимасштабного моделювання. При цьому на макрорівні розраховувались електротеплові процеси в жилі, що рухалась у магнітному полі індуктора, а на мікрорівні (тобто на рівні елементарної комірки, що має лише один виток індуктора) визначався розподіл електромагнітного поля та густини електричного струму в перерізі масивного мідного витка індуктора з урахуванням особливостей його конструкції. На обох рівнях у роботі використовувався чисельний метод скінченних елементів, реалізований в пакеті програм Comsol. За результатами розрахунку електромагнітного поля на рівні елементарної комірки, отримано частотні залежності еквівалентних R, L параметрів індуктора із урахуванням скін-ефекту, ефекту близькості та геометричного ефекту. Досліджено кількісний вплив частоти електричного струму на ці ефекти та отримано залежність електричного ККД індуктора від частоти джерела електроживлення. Показано, що для ефективного нагрівання алюмінієвої жили діаметром 28 мм оптимальне значення частоти знаходиться в діапазоні 1–2 кГц, в якому електричний ККД може досягати значень ηind = 0,3–0,33