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
Computer simulation of operation plant effective modes for water disinfection by electrical discharges in gas bubbles
Get PDFPurpose. Determination by means of computer simulation of the most efficient modes of operation of the installation for water disinfection using discharges in gas bubbles, in which (modes) the amplitude of voltage pulses at the processing unit and on the layer of treated water is not less than the voltage amplitude immediately after the switching discharger. Methodology. To achieve this goal, we used computer simulation using Micro-Cap 10. We used two different electrical circuits that simulate the operation of the experimental setup in two different modes: in a mode with a restoring electrical strength of the discharge gap in the gas bubble between two adjacent voltage pulses on the discharge node and in the mode without restoring this dielectric strength. In computer simulation, we varied the following factors: the maximum simulation step, inductances, capacitances, active resistances, wave resistance of a long line, and the delay time for the operation of a spark gap simulating a discharge gap in a gas bubble. Results. Computer modeling has shown that in order to increase the voltage amplitude at the treatment unit and on the layer of treated water, it is necessary to reduce the load capacitance – the capacitance of the water layer in the treatment unit to 10 pF or less, to increase the active resistance of the water layer to 500 W or more. An important factor for increasing the voltage and electric field strength in the discharge unit and, consequently, for increasing the efficiency of treated water disinfection is the discharge delay time in gas bubbles. The most rational delay time for the operation of the arrester, which is the gap in the gas bubble inside the water, under the conditions considered by us is 4–5 ns. It is with this delay time that the amplitude of voltage pulses at the node of disinfecting water treatment and on the layer of treated water is maximum, all other things being equal. Furthermore, with such a delay time this amplitude of voltage pulses significantly exceeds the voltage amplitude directly after the main high-voltage discharger, switching energy from the high-voltage capacitive storage to the processing unit through a long line filled with water. Originality. Using computer simulation, we have shown the possibility of increasing the voltage at the discharge unit of the experimental setup by 35 % without increasing the voltage of the power source. This provides a higher efficiency of microbiological disinfection of water by nanosecond discharges in gas bubbles and lower specific energy consumption. Practical value. The obtained results of computer simulation confirm the prospect of industrial application of installations using nanosecond discharges for disinfection and purification of wastewater, swimming pools and post-treatment of tap water.Мета. Визначення за допомогою комп’ютерного моделювання найбільш ефективних режимів роботи установки для знезараження води за допомогою розрядів у газових бульках, при яких (режимах) амплітуда імпульсів напруги на вузлі обробки та на шарі води, що обробляється, не менше амплітуди напруги безпосередньо після комутуючого розрядника. Методика. Для досягнення поставленої мети ми використовували комп’ютерне моделювання за допомогою Micro-Cap 10. Ми використовували дві різні електричні схеми, що моделюють роботу експериментальної установки в двох різних режимах: в режимі з електричною міцністю, що відновлюється, розрядного проміжку в газовій бульці між двома сусідніми імпульсами напруги на розрядному вузлі та у режимі без відновлення цієї електричної міцності. При комп’ютерному моделюванні варіювалися такі фактори: максимальний крок при моделюванні, індуктивності, ємності, активні опори, хвильовий опір довгої лінії, час затримки спрацьовування розрядника, що моделює розрядний проміжок у газовому міхурі. Результати. Комп’ютерне моделювання показало, що для збільшення амплітуди напруги на вузлі обробки і на шарі води, що обробляється, слід зменшувати навантажувальну ємність – ємність шару води у вузлі обробки до 10 пФ і менше, збільшувати активний опір шару води до 500 Ом і більше. Важливим чинником збільшення напруги і напруженості електричного поля в розрядному вузлі і, отже, збільшення ефективності знезараження оброблюваної води є час затримки розряду в газових бульбашках. Найбільш раціональний час затримки спрацьовування розрядника, яким є зазор у газовій бульці всередині води, у розглянутих умовах становить 4-5 нс. Саме при такому часі затримки амплітуда імпульсів напруги на вузлі знезаражувальної обробки води і на шарі оброблюваної води є максимальною за інших рівних умов і істотно перевищує амплітуду напруги безпосередньо після основного високовольтного розрядника, що комутує енергію з високовольтного ємнісного нагромаджувача у вузол обробки. Наукова новизна. За допомогою комп’ютерного моделювання показана можливість підвищення напруги на розрядному вузлі експериментальної установки на 35 % без збільшення напруги джерела живлення, що забезпечує більш ефективне мікробіологічне знезараження води за допомогою наносекундних розрядів у газових бульбашках за малих питомих витрат енергії. Практична значущість. Отримані результати комп’ютерного моделювання підтверджують перспективу промислового застосування установок з використанням наносекундних розрядів для знезараження та очищення стічних вод, басейнів та доочищення водопровідної води
Computational studies of electromagnetic field propagation and deforming of structural elements for a thin-walled curved workpiece and an inductor
Get PDFIntroduction. At the present stage of industrial development, the electromagnetic field is widely used in various technological processes. The force effect of an electromagnetic field on conductive materials is used in a class of technological operations called electromagnetic forming. Problem. Under the conditions of electromagnetic forming, the main element of the technological equipment – the inductor – is simultaneously subjected to the force impact with the workpiece. At certain levels of the electromagnetic field, the deformation of the inductor becomes so significant that it can lead to a loss of its efficiency. Goal. Computational analysis of a thin-walled curved workpiece and a two-turn inductor under the conditions of electromagnetic processing of the workpiece corner zone. Determining the distribution of quantitative characteristics of the electromagnetic field and the stress-strain state and conducting assessments based on them regarding the efficiency of the technological operation. Methodology. Computational modeling using the finite element method as a method of numerical analysis. The results on the distribution of quantitative characteristics of the electromagnetic field and components of the stress-strain state for a thin-walled workpiece and an inductor are obtained. It is shown that for the specified characteristics of the technological operation, the inductor remains operational, and plastic deformations occur in the workpiece. A series of calculations were carried out, in which some parameters of the technological system were varied. Originality. For the first time, the results of the calculation analysis of the quantitative characteristics distribution of the electromagnetic field of the deformation process for the «inductor – thin-walled curved workpiece» system are presented. Practical value. The presented design scheme of a curved thin-walled workpiece and a two-turn inductor, the method of calculation analysis and some obtained results can be used in the analysis of electromagnetic processing of thin-walled structures that contain curved elements.Вступ. Електромагнітне поле на сучасному етапі розвитку промисловості широко використовують у різних технологічних процесах. Силовий вплив електромагнітного поля на провідникові матеріали використовується в класі технологічних операцій, що називається електромагнітним формуванням. Проблема. За умов електромагнітного формування силовому впливу одночасно із заготовкою піддається і основний елемент технологічного обладнання – індуктор. При певних рівнях електромагнітного поля деформування індуктора стає настільки значним, що може приводити до втрати його працездатності. Мета. Проведення розрахункового аналізу тонкостінної вигнутої заготовки та двовиткового індуктора за умов електромагнітної обробки кутової зони заготовки. Визначення розподілу кількісних характеристик електромагнітного поля і напружено-деформованого стану та проведення на їх основі оцінок стосовно ефективності технологічної операції. Методологія. Розрахункове моделювання із використанням методу скінченних елементів в якості методу чисельного аналізу. Одержані результати з розподілу кількісних характеристик електромагнітного поля та компонентів напружено-деформованого стану для тонкостінної заготовки та індуктора. Показано, що для заданих характеристик технологічної операції індуктор залишається працездатним, а у заготовці виникають пластичні деформації. Проведено серію розрахунків, у яких варіювалися деякі параметри технологічної системи. Оригінальність. Вперше представлено результати розрахункового аналізу з розподілу кількісних характеристик електромагнітного поля процесу деформування для системи «індуктор – тонкостінна вигнута заготовка». Практичне значення. Представлена розрахункова схема вигнутої тонкостінної заготовки та двовиткового індуктора, використаний метод розрахункового аналізу та деякі отримані результати можуть використовуватися при аналізі електромагнітної обробки тонкостінних конструкцій, які містять вигнуті елементи
Features of distribution of electric field strength and current density in the reactor during treatment of liquid media with high-voltage pulse discharges
Get PDFPurpose. Development and use of a mathematical model of the stages of formation of high-voltage pulse discharges in gas bubbles in the discharge gap «rod-plane» to identify the features of the electric field intensity distribution in the reactor and determine the current density in the load during disinfection and purification of liquid media by high-voltage pulse discharges and find the most rational treatment. Methodology. To achieve this goal, we used computer modeling using the finite element method as a method of numerical analysis. An experimental reactor model was created that takes into account the dynamics of discharges in gas bubbles in water. The equations describing the system include the generalized Ampere equation, the Poisson equation and the electric displacement equation, taking into account the corresponding initial and boundary conditions, as well as the properties of materials. The dependence of the potential of a high-voltage electrode on time has the form of a damped sinusoid, and the specific electrical conductivity in a gas bubble is a function of time. Processes occurring at the front of the voltage pulse from 0 to 20 ns are considered. Results. It is shown that with an increase in conductivity and high-voltage potential to amplitude values in a gas bubble, the electric field strength in the water layer in the reactor reaches 70 kV/cm, and it is in the water layer that there is a strong electric field. The calculations show that already by 19th ns the density of conduction currents in water prevails over that of displacement currents. At the same time, additional inclusions in the water significantly affect the distribution of electric field strength and current density, creating a significant difference in their values at the boundaries of the interface between the bubble, conductive element and water. Originality. A simulation of the dynamics of transient discharge processes in a gas bubble and a layer of water with impurities was carried out, including an analysis of the distribution of the electric field strength and current density in a system with rod-plane electrodes in the phase transition section of a gas bubble-water. This approach allows us to reveal the features of processes in reactors and to investigate the influence of phase transitions on the distribution of electrophysical quantities. Practical value. Computer simulations confirm the prospect of using nanosecond discharges generated in gas bubbles within a volume of water for widespread industrial use and are of great interest for further experimental and theoretical research. References 25, figures 9.Мета. Розробка та використання математичної моделі стадій формування високовольтних імпульсних розрядів у газових бульках в розрядному проміжку «стрижень-площина» для виявлення особливостей розподілу напруженості електричного поля в реакторі і визначення густини струму в навантаженні при знезаражуючій обробці і очищенні рідких середовищ високовольтними імпульсними розрядами та знаходження найбільш раціональних режимів обробки. Методика. Для досягнення поставленої мети ми використовували комп’ютерне моделювання за допомогою методу скінченних елементів як методу чисельного аналізу. Створено модель експериментального реактора, що враховує динаміку розрядів у газових бульках у воді. Рівняння, що описують систему, включають узагальнене рівняння Ампера, рівняння Пуассона і рівняння електричного зміщення, з урахуванням відповідних початкових і граничних умов, а також властивостей матеріалів. Залежність потенціалу високовольтного електрода від часу має форму затухаючої синусоїди, а питома електропровідність у газовій бульці є функція часу. Розглянуто процеси, що протікають на фронті імпульсу напруги від 0 до 20 нс. Результати. Показано, що зі зростанням провідності та високовольтного потенціалу до амплітудних значень у газовій бульці, напруженість електричного поля в шарі води в реакторі досягає значень 70 кВ/см, і саме в шарі води існує сильне електричне поле. З розрахунків випливає, що біля 19-ої нс, густина струмів провідності у воді вже перевершує густину струмів зміщення. При цьому додаткові включення в воді істотно впливають на розподіл напруженості електричного поля та густини струму, створюючи значне збільшення в їх значеннях на границях розділу середовищ між бульбашкою, провідним елементом та водою. Наукова новизна. Проведено моделювання динаміки швидкоплинних процесів розряду в газовій бульці та шарі води з домішками, включно з аналізом розподілу напруженості електричного поля і густини струму в системі з електродами «стрижень-площина» в ділянці фазового переходу газова булька-вода. Цей підхід дозволяє розкрити особливості процесів в реакторах і дослідити вплив фазових переходів на розподіл електрофізичних величин. Практична цінність. Комп’ютерне моделювання підтверджує перспективу застосування наносекундних розрядів, що генеруються в газових бульках усередині об’єму води, для широкого промислового використання і становлять великий інтерес для подальших експериментальних і теоретичних досліджень. Бібл. 25, рис. 9
Intelligent fuzzy back-stepping observer design based induction motor robust nonlinear sensorless control
Get PDFIntroduction. The control algorithm of Induction Motor (IM) is massively dependent on its parameters; so, any variation in these parameters (especially in rotor resistance) gives unavoidably error propagates. To avoid this problem, researches give more than solution, they have proposed Variable Structure Control (VSC), adaptive observers such as Model Reference Adaptive System, Extended Luenberger Observer (ELO) and the Extended Kalman Filter (EKF), these solutions reduce the estimated errors in flux and speed. As novelty in this paper, the model speed observer uses the estimated currents and voltages as state variables; we develop this one by an error feedback corrector. The Indirect Rotor Field Oriented Control (IRFOC) uses the correct observed value of speed; in our research, we improve the observer’s labour by using back-stepping Sliding Mode (SM) control. Purpose. To generate the pulse-width modulation inverter pulses which reduce the error due of parameters variations in very fast way. Methods. We develop for reach this goal an exploration of two different linear observers used for a high performance VSC IM drive that is robust against speed and load torque variations. Firstly, we present a three levels inverter chosen to supply the IM; we present its modelling and method of control, ending by an experiment platform to show its output signal. A block diagram of IRFOC was presented; we analyse with mathematic equations the deferent stages of modelling, showed clearly the decoupling theory and the sensorless technique of control. The study described two kinds of observers, ELO and EKF, to estimate IM speed and torque. By the next of that, we optimize the step response using the fuzzy logic, which helps the system to generate the PI controller gains. Both of the two observers are forward by SM current controller, the convergence of SM-ELO and SM-EKF structures is guaranteed by minimizing the error between actual and observed currents to zero. Results. Several results are given to show the effectiveness of proposed schemes.Вступ. Алгоритм керування асинхронним двигуном (АД) багато в чому залежить від його параметрів; тому будь-яка зміна цих параметрів (особливо опору ротора) неминуче призводить до поширення помилок. Щоб уникнути цієї проблеми, дослідники пропонують щось більше, ніж просто рішення: вони запропонували управління змінною структурою (VSC), адаптивні спостерігачі, такі як адаптивна система еталонної моделі, розширений спостерігач Люенбергера (ELO) та розширений фільтр Калмана (EKF); ці рішення зменшують передбачувані помилки за потоком та швидкістю. Новизною цієї статті є те, що спостерігач швидкості моделі використовує оцінені струми та напруги як змінні стани; ми розробляємо його за допомогою коректора зворотного зв'язку помилки. Непряме управління з полю ротора (IRFOC) використовує правильне значення швидкості; у нашому дослідженні ми покращуємо роботу спостерігача, використовуючи керування ковзним режимом (SM) зі зворотним кроком. Мета. Генерувати імпульси інвертора широтно-імпульсної модуляції, які швидко зменшують помилку, викликану змінами параметрів. Методи. Для досягнення цієї мети ми розробляємо дослідження двох різних лінійних спостерігачів, що використовуються для високопродуктивного приводу VSC АД, стійкого до змін швидкості та моменту навантаження. По-перше, ми представляємо трирівневий інвертор, вибраний для живлення АД; ми представляємо його моделювання та метод управління, закінчуючи експериментальною платформою, що демонструє його вихідний сигнал. Представлена блок-схема IRFOC; ми аналізуємо за допомогою математичних рівнянь різні етапи моделювання, наочно демонструючи теорію розв'язки та безсенсорний метод керування. У дослідженні описані два типи спостерігачів, ELO та EKF, для оцінки швидкості та крутного моменту АД. Далі ми оптимізуємо перехідну реакцію, використовуючи нечітку логіку, яка допомагає системі генерувати коефіцієнти посилення ПІ-регулятора. Обидва з двох спостерігачів передаються контролером струму SM, зближення структур SM-ELO та SM-EKF гарантується за рахунок зведення до нуля помилки між фактичним та спостережуваним струмами. Результати. Наведено результати, що показують ефективність запропонованих схем
Total harmonic distortion analysis of inverter fed induction motor drive using neuro fuzzy type-1 and neuro fuzzy type-2 controllers
Get PDFIntroduction. When the working point of the indirect vector control is constant, the conventional speed and current controllers operate effectively. The operating point, however, is always shifting. In a closed-system situation, the inverter measured reference voltages show higher harmonics. As a result, the provided pulse is uneven and contains more harmonics, which enables the inverter to create an output voltage that is higher. Aim. A space vector modulation (SVM) technique is presented in this paper for type-2 neuro fuzzy systems. The inverter’s performance is compared to that of a neuro fuzzy type-1 system, a neuro fuzzy type-2 system, and classical SVM using MATLAB simulation and experimental validation. Methodology. It trains the input-output data pattern using a hybrid-learning algorithm that combines back-propagation and least squares techniques. Input and output data for the proposed technique include information on the rotation angle and change of rotation angle as input and output of produced duty ratios. A neuro fuzzy-controlled induction motor drive’s dynamic and steady-state performance is compared to that of the conventional SVM when using neuro fuzzy type-2 SVM the induction motor, performance metrics for current, torque, and speed are compared to those of neuro fuzzy type-1 and conventional SVM. Practical value. The performance of an induction motor created by simulation results are examined using the experimental validation of a dSPACE DS-1104. For various switching frequencies, the total harmonic distortion of line-line voltage using neuro fuzzy type-2, neuro fuzzy type-1, and conventional based SVMs are provided. The 3 hp induction motor in the lab is taken into consideration in the experimental validations.Вступ. Коли робоча точка непрямого векторного управління стала, традиційні регулятори швидкості та струму працюють ефективно. Проте робоча точка постійно змінюється. У ситуації закритої системи виміряна інвертором опорна напруга показує вищі гармоніки. В результаті імпульс, що подається, нерівномірний і містить більше гармонік, що дозволяє інвертору створювати більш високу вихідну напругу. Мета. У цій статті представлена методика просторової векторної модуляції (SVM) для нейронечітких систем типу 2. Продуктивність інвертора порівнюється з продуктивністю нейронечіткої системи типу 1, нейронечіткої системи типу 2 та класичної SVM з використанням моделювання MATLAB та експериментальної перевірки. Методологія. Навчається шаблон даних введення-виводу, використовуючи алгоритм гібридного навчання, який поєднує у собі методи зворотного поширення помилки та методу найменших квадратів. Вхідні та вихідні дані для запропонованої методики включають інформацію про кут повороту і зміну кута повороту як отримані вхідні і вихідні коефіцієнти заповнення. Динамічні характеристики приводу асинхронного двигуна з нейронечітким управлінням порівнюються з характеристиками звичайного SVM. При використанні нейронечіткого SVM типу 2 асинхронний двигун, показники продуктивності по струму обертаючого моменту і швидкості порівнюються з показниками приводу асинхронного двигуна з нейронечітким управлінням типу 1 та традиційного SVM. Практична цінність. Продуктивність асинхронного двигуна, створеного за результатами моделювання, досліджується з використанням експериментальної перевірки dSPACE DS-1104. Для різних частот перемикання розраховуються загальні гармонічні спотворення лінійної напруги з використанням нейронечіткого управління типу 2, нейронечіткого управління типу 1 і традиційного SVM. Асинхронний двигун потужністю 3 л.с. у лабораторії враховується під час експериментальних перевірок
Analysis of suitable converter for the implementation of drive system in solar photovoltaic panels
Get PDFIntroduction. Photovoltaic (PV) systems gained immense attraction in the recent years since it produces electricity without causing environmental pollution through direct conversion of solar irradiance into electricity. Solar PV panels produce DC power. The magnitude of this DC power varies with temperature and irradiance of the sun rays. The DC supply from solar panels can be regulated using DC-DC converter and then can further be converted into the desired AC voltage by means of a voltage source inverter before being fed to an induction motor (IM). The speed and torque of an IM, fed from PV arrays, can vary due to the variation in the output power of the panels. Goal of this work is to improve the dynamic performance and reduce the torque ripple of Cuk converter-inverter fed IM drive system. The novelty of the current work proposes interleaved Cuk converter between solar PV DC source and the inverter. Purpose. To provide continuous current using an interleaved Cuk converter to the IM drive and in turn to reduce the torque ripple in IM. Methodology. Introduced an interleaved Cuk converter which is a blend of Cuk converters connected in parallel with each other between solar PV arrays and IM drive system. Originality. Simulation results are obtained for Cuk converter and interleaved Cuk converter fed IM drive by means of MATLAB. The hardware setup for the same IM systems is developed. Practical value. Simulation and hardware results are coincided with each other and it is subject from the simulation and hardware results that the interleaved Cuk converter-inverter fed IM system produced results superior than the Cuk converter inverter fed IM drive system.Вступ. Фотоелектричні (ФЕ) системи набули величезної привабливості в останні роки, оскільки вони виробляють електроенергію, не викликаючи забруднення навколишнього середовища, за рахунок прямого перетворення сонячного випромінювання на електрику. Сонячні ФЕ панелі виробляють енергію постійного струму. Значення цієї потужності постійного струму залежить від температури та освітленості сонячних променів. Подача постійного струму від сонячних панелей може регулюватися за допомогою DC-DC перетворювача, а потім може бути перетворена в бажану змінну напругу за допомогою інвертора джерела напруги перед подачею на асинхронний двигун. Швидкість та обертаючий момент асинхронного двигуна, що живиться від ФЕ батарей, можуть змінюватися через зміну вихідної потужності панелей. Метою даної роботи є покращення динамічних характеристик та зменшення пульсацій обертаючого моменту системи приводу асинхронного двигуна з живленням від Cuk перетворювача-інвертора. Новизна цієї роботи пропонує Cuk перетворювач, що чергується, між сонячним ФЕ джерелом постійного струму та інвертором. Мета. Забезпечення безперервності струму за допомогою Cuk перетворювача, що чергується, для приводу асинхронного двигуна і, у свою чергу, зменшення пульсації обертаючого моменту в асинхронному двигуні. Методологія. Представлений Cuk перетворювач, що чергується, який являє собою суміш Cuk перетворювачів, підключених паралельно один до одного між сонячними ФЕ батареями і системою приводу асинхронного двигуна. Оригінальність. Результати моделювання отримані для Cuk перетворювача і приводу асинхронного двигуна з живленням Cuk перетворювача, що чергується, за допомогою MATLAB. Розроблено апаратну частину цих же асинхронних двигунів. Практична цінність. Результати моделювання та апаратного забезпечення збігаються один з одним, і з результатів моделювання та апаратного забезпечення випливає, що система асинхронного двигуна з живленням від Cuk перетворювача-інвертора, що чергується, дає результати, які перевищують результати, ніж система приводу асинхронного двигуна з живленням від Cuk перетворювача
Method for design of two-level system of active shielding of power frequency magnetic field based on a quasi-static model
Get PDFAim. Development of method for design a two-level active shielding system for an industrial frequency magnetic field based on a quasi-static model of a magnetic field generated by power line wires and compensating windings of an active shielding system, including coarse open and precise closed control. Methodology. At the first level rough control of the magnetic field in open-loop form is carried out based on a quasi-static model of a magnetic field generated by power line wires and compensating windings of an active shielding system. This design calculated based on the finite element calculations system COMSOL Multiphysics. At the second level, a stabilizing accurate control of the magnetic field is implemented in the form of a dynamic closed system containing, in addition plant, also power amplifiers and measuring devices of the system. This design calculated based on the calculations system MATLAB. Results. The results of theoretical and experimental studies of optimal two-level active shielding system of magnetic field in residential building from power transmission line with a «Barrel» type arrangement of wires by means of active canceling with single compensating winding are presented. Originality. For the first time, the method for design a two-level active shielding system for an power frequency magnetic field based on a quasi-static model of a magnetic field generated by power line wires and compensating windings of an active shielding system, including coarse open and precise closed control is developed. Practical value. It is shown the possibility to reduce the level of magnetic field induction in residential building from power transmission line with a «Barrel» type arrangement of wires by means of active canceling with single compensating winding with initial induction of 3.5 µT to a safe level for the population adopted in Europe with an induction of 0.5 µT.Мета. Розробка методу проектування дворівневої системи активного екранування для магнітного поля промислової частоти на основі квазістатичної моделі магнітного поля, яке створюється проводами лінії електропередач і компенсаційними обмотками системи активного екранування, включаючи грубе розімкнуте і точне замкнуте управління. Методологія. На першому рівні програмне керування магнітним полем в розімкнутій формі здійснюється на основі квазістатичної моделі магнітного поля, яке створюється проводами лінії електропередач і компенсаційними обмотками системи активного екранування. Це проектування виконується на основі розрахункової системи скінчених елементів COMSOL Multiphysics. На другому рівні реалізовано стабілізуюче управління магнітним полем в формі динамічної замкнутої системи, що містить, крім об’єкту управління, також підсилювачі потужності та вимірювальні пристрої. Це проектування виконується в розрахунковій системі MATLAB. Результати. Наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень оптимальної дворівневої системи активного екранування магнітного поля з однією компенсуючою обмоткою для житлового будинку від дії магнітного поля лінії електропередачі з розташуванням проводів типу «бочка». Оригінальність. Вперше запропоновано метод проектування дворівневої системи активного екранування магнітного поля промислової частоти на основі квазістатичної моделі магнітного поля, яке створюється проводами лінії електропередач і компенсаційними обмотками системи активного екранування, в вигляді грубого розімкненого і точного закинутого управління. Практична цінність. Показано можливість зниження рівня індукції магнітного поля в житловому будинку від магнітного поля лінії електропередач з розташуванням проводів типу «бочка» за допомогою однієї компенсуючої обмотки, з початкової індукції в 3,5 мкТл до безпечного рівня для населення, який прийнятий в Європі, з індукцією в 0,5 мкТл
Statistical approach for insulation coordination of high voltage substation exposed to lightning strikes
Get PDFIntroduction. Insulation coordination requires accurate prediction of overvoltages at various points within a substation. Computer simulations of electromagnetic transients in real structures of substations become more precise due to the improvements of used models. Goal. This paper discusses in a first step the use of the modified ZnO arrester dynamic model alongside other substation equipment models, considering electrical phenomena like the corona model for reproducing the stresses that lightning can cause in an air-insulated substation and (method) then conducting a statistical approach based on the Monte Carlo method. The implemented MATLAB/ATP procedure estimates not only the substation Mean Time between Failures (MTBF), but also is used to select surge arresters or substation basic insulation levels (BILs). In this procedure ATP transients program is used to calculate lightning overvoltages and multicore environment for the calculations. Results. The obtained MTBF curves offer guidance for selecting appropriate insulation levels based on specific system requirements and conditions. The obtained results comply well with existing international insulation standards. This valuable approach significantly contributes to the field of lightning protection. References 31, tables 3, figures 10.Вступ. Координація ізоляції вимагає точного прогнозування перенапруг у різних точках підстанції. Комп’ютерне моделювання електромагнітних перехідних процесів у реальних конструкціях підстанцій стає більш точним за рахунок удосконалення моделей, що використовуються. Мета. У цій статті на першому етапі обговорюється використання модифікованої динамічної моделі обмежувача перенапруги ZnO поряд з іншими моделями обладнання підстанції, розглядаються електричні явища, такі як модель коронного розряду, для відтворення напруг, які блискавка може викликати на підстанції з повітряною ізоляцією, та (метод) подальшого використання статистичного підходу, що базується на методі Монте-Карло. Впроваджена процедура MATLAB/ATP оцінює не лише середній час напрацювання на відмову підстанції (MTBF), але й використовується для вибору обмежувачів перенапруги або основних рівнів ізоляції підстанції. У цій процедурі використовується програма перехідних процесів ATP для розрахунку грозових перенапруг та багатоядерне середовище для розрахунків. Результати. Отримані MTBF криві дають рекомендації щодо вибору відповідних рівнів ізоляції на основі вимог та умов конкретної системи. Отримані результати добре відповідають міжнародним стандартам ізоляції. Цей цінний підхід робить значний внесок у сферу блискавкозахисту. Бібл. 31, табл. 3, рис. 10
Power fluctuation suppression for grid connected permanent magnet synchronous generator type wind power generation system
Get PDFIntroduction. Weather changes lead to create oscillations in values of power extracted from renewable energy resources (RERs). These power oscillations pose significant challenges in RERs integration process with the power grid systems, through its effects on power system stability. Many studies have been performed in various methods to mitigate the output power fluctuation of wind power generation system (WPGS). Purpose. This study focuses on increasing the mitigation rate of the output power fluctuation of WPGS caused by the rapid wind speed changes during wind gusts. Superconducting magnetic energy storage (SMES) system through its properties represents an effective solution for the WPGS power fluctuation issue. WPGS and SMES systems are linked to power grid system through the point of common coupling (PCC). Methods. This paper proposes two robust controllers for controlling the SMES system. The first controller is a Fuzzy Logic Controller (FLC), which has been utilized for controlling the power exchange between the SMES coil and the PCC of the utility grid. While the second controller is a PI controller, which have been utilized to regulate the voltages between the two sides of the PCC and the DC link capacitor in the SMES system. The proposed controllers have been constructed so that can make the SMES system absorb/deliver the real power instantaneously from/toward PCC according the wind speed changes. MATLAB/Simulink has been utilized to simulate the system under study and test the performance of proposed controllers. In addition, two different wind speed scenarios have been used in the simulation. Practical value. Results of simulation have proven the effectiveness of proposed controllers so that the active power fluctuation delivered to utility grid can be reduced by up to 89 %. References 31, tables 4, figures 9.Вступ. Зміни погоди призводять до коливань значень потужності, що надходять з відновлюваних джерел енергії (RERs). Ці коливання потужності створюють серйозні проблеми у процесі інтеграції RERs з енергосистемами через їх вплив на стабільність енергосистеми. Було проведено велику кількість досліджень різних методів пом’якшення коливань вихідної потужності системи вітрогенерації (WPGS). Мета. Це дослідження спрямоване на підвищення ступеня пом’якшення коливань вихідної потужності WPGS, викликаних швидкими змінами швидкості вітру під час поривів вітру. Система надпровідного накопичення магнітної енергії (SMES) завдяки своїм властивостям є ефективним вирішенням проблеми коливань потужності WPGS. Системи WPGS та SMES пов’язані з енергосистемою через точку загального підключення (PCC). Методи. У цій статті пропонуються два робастні контролери для управління системою SMES. Перший контролер є контролером нечіткої логіки (FLC), який використовувався для управління обміном енергії між котушкою SMES і PCC енергосистеми. У той час як другий контролер є ПІ-регулятором, який використовувався для регулювання напруг між двома сторонами PCC і конденсатором кола постійного струму в системі SMES. Пропоновані контролери були сконструйовані таким чином, щоб система SMES могла миттєво поглинати/передавати реальну потужність від/до PCC відповідно до змін швидкості вітру. MATLAB/Simulink використовувався для моделювання досліджуваної системи та перевірки продуктивності пропонованих контролерів. Крім того, при моделюванні використовувалися два різні сценарії швидкості вітру. Практична цінність. Результати моделювання довели ефективність пропонованих контролерів, що дозволяють знизити до 89 % коливання активної потужності, що подається до енергосистеми. Бібл. 31, табл. 4, рис. 9
Внутрішня ємнісна компенсація реактивної потужності шнекового електромеханічного перетворювача
Get PDFIntroduction. A special category among induction machines with a massive rotor is occupied by the class of multifunctional electromechanical energy converters, which are integrated with the links of technological processes Problem. The exchange of reactive energy between the source and the electromechanical converter during periods of operation with a low load leads to a significant decrease in its efficiency and power factor. With the use of non-linear loads and taking into account possible resonance, it has become more difficult to improve the power factor by installing capacitor banks. Goal. Increasing the energy indicators of the electromechanical converter by spatial displacement of the main and additional stator windings and internal capacitive compensation. Methodology. Comparative analysis of connection schemes and spatial arrangement of stator windings when using internal capacitive compensation. Modeling and experimental studies of electromagnetic and electromechanical characteristics of a screw electromechanical converter. Results. The distribution of electromagnetic quantities was established and the choice of the angle of spatial displacement of the main and additional windings of the stator phases of the modified converter, which ensure an increase in the value of the electromagnetic torque and power factor, was justified. The results of experimental studies of the screw electromechanical converter are presented. Originality. For the first time, a method of internal capacitive compensation of reactive power is proposed for multifunctional electromechanical converters of technological purpose. Practical value. The use of the proposed method of spatial displacement of the main and additional stator windings and internal capacitive compensation will ensure an increase in the energy performance of the screw electromechanical converter. References 23, tables 3, figures 15.Вступ. Особливу категорію серед асинхронних машин з масивним ротором займає клас поліфункціональних електромеханічних перетворювачів енергії, які інтегровані з ланками технологічних процесів. Проблема. Обмін реактивною енергією між джерелом і електромеханічним перетворювачем в періоди роботи з низьким навантаженням приводить до суттєвого зниження його ефективності і коефіцієнта потужності. З використанням нелінійних навантажень і урахуванням можливого резонансу покращити коефіцієнт потужності встановленням батарей конденсаторів стало складніше. Мета. Підвищення енергетичних показників шнекового електромеханічного перетворювача шляхом внутрішньої ємнісної компенсації реактивної потужності. Методологія. Порівняльний аналіз схем з’єднання і просторового розташування обмоток статора при застосуванні внутрішньої ємнісної компенсації. Моделювання та експериментальні дослідження електромагнітних і електромеханічних характеристик шнекового електромеханічного перетворювача. Результати. Встановлено розподіл електромагнітних величин і обґрунтовано вибір кута просторового зміщення основної і додаткової обмоток фаз статора модифікованого перетворювача, які забезпечують збільшення електромагнітного моменту та коефіцієнта потужності. Наведено результати експериментальних досліджень шнекового електромеханічного перетворювача. Оригінальність. Вперше для поліфункціональних електромеханічних перетворювачів технологічного призначення запропоновано метод внутрішньої ємнісної компенсації реактивної потужності. Практичне значення. Використання запропонованого методу просторового зміщення основної і додаткової обмоток статора та внутрішньої ємнісної компенсації забезпечить підвищення енергетичних показників шнекового електромеханічного перетворювача. Бібл. 23, табл. 3, рис. 15