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
Fractional-based iterative learning-optimal model predictive control of speed induction motor regulation for electric vehicles application
Get PDFIntroduction. A new control strategy based on the combination of optimal model predictive control (OMPC) with fractional iterative learning control (F-ILC) for speed regulation of an induction motor (IM) for electric vehicles (EVs) application is presented. OMPC uses predictive models to optimize speed control actions by considering the dynamic behavior of the IM, when integrated with the F-ILC, the system learns and refines the speed control iteratively based on previous iterations, adapting to the specific characteristics of the IM and improving performance over time. The synergy between OMPC and F-ILC named F-ILC-OMPC enhances the precision and adaptability of speed control for IMs in EVs application, and optimizes the energy efficiency and responsiveness under varying driving conditions. The novelty lies in the conjunction of the OMPC with the ILC-based on the fractional calculus to regulate the speed of IMs, which is original. Purpose. The new control strategy provides increased performance, robustness and adaptability to changing operational conditions. Methods. The mathematical development of a control law that mitigates the disturbance and achieves accurate and efficient speed regulation. The effectiveness of the suggested control strategy was assessed via simulations in MATLAB conducted on an IM system. Results. The results clearly show the benefits of the F-ILC-OMPC methodology in attaining accurate speed control, minimizing steady-state error and enhanced disturbance rejection. Practical value. The main perspective lies in the development of a speed control strategy for IMs for EVs and the establishment of reliable and efficient electrical systems using ILC-OMPC control. This research has the prospect of a subsequent implementation of these results in experimental prototypes. References 24, tables 2, figures 9.Вступ. Представлено нову стратегію керування, яка базується на поєднанні прогнозного керування оптимальною моделлю (OMPC) з дробовим ітеративним навчальним керуванням (F-ILC) для регулювання швидкості асинхронного двигуна (АД) для застосування в електромобілях. OMPC використовує прогнозні моделі для оптимізації дій керування швидкістю, враховуючи динамічну поведінку АД. При інтеграції з ILC на основі дробів система вивчає та вдосконалює керування швидкістю ітеративно на основі попередніх ітерацій, адаптуючись до конкретних характеристик АД та підвищення продуктивності з часом. Синергія між ОMPC і F-ILC під назвою F-ILC-OMPC підвищує точність і адаптивність регулювання швидкості для АД в електромобілях, а також оптимізує енергоефективність і чутливість за різних умов руху. Новизна полягає в поєднанні OMPC з ILC на основі дробового числення для регулювання швидкості АД, що є оригінальним. Призначення. Нова стратегія управління забезпечує підвищену продуктивність, надійність і адаптивність до мінливих умов експлуатації. Методи. Математичний розвиток закону керування, який пом’якшує збурення та досягає точного та ефективного регулювання швидкості. Ефективність запропонованої стратегії керування була оцінена за допомогою моделювання у MATLAB, проведеного на системі АД. Результати. Результати чітко показують переваги методології F-ILC-OMPC у досягненні точного контролю швидкості, мінімізації стаціонарної помилки та покращеного усунення перешкод. Практична цінність. Основна перспектива полягає в розробці стратегії регулювання швидкості АД для електромобілів і створення надійних і ефективних електричних систем з використанням керування ILC-OMPC. Дане дослідження має перспективу подальшого впровадження цих результатів в експериментальні прототипи. Бібл. 24, табл. 2, рис. 9
Підвищення демпфуючих властивостей виконавчого магнітореологічного пристрою системи керування підвіски транспортного засобу
Get PDFIntroduction. In accordance with one of the ways of solving the problem of increasing the smoothness of the vehicles, a controlled suspension is proposed, which is created on the basis of the use of «smart» materials – magnetorheological elastomers, the mechanical properties of which, in particular, damping, can be changed with the help of a controlling magnetic field. This is implemented with the help of the magnetorheological actuator of the suspension control system, which has the form of an elastic bushing of the suspension arm, consisting of several electrically connected in series toroid-like coils (with a core of magnetorheological elastomer). The device is powered by current, the value of which is controlled by the operator, or automatically, depending on the road profile and driving mode. Magnetorheological actuators (elastic bushings) are placed in the holes of the suspension levers instead of standard rubber ones and combined with a controlled current source. Thus, the suspension becomes controllable, which makes it possible to set the necessary vibration damping of the vehicle body to increase its smoothness. Problem. The disadvantage of the previous designs of the magnetorheological actuator is the insufficient amount of the magnetic flux density and the unevenness of its distribution within the elastic bushings. As a result, the damping properties of such controlled suspensions become insufficiently effective, which reduces the possibility of increasing the smoothness of the vehicles. The purpose of the work is to increase the damping properties of the magnetorheological actuator of the vehicle suspension control system, which will increase the control efficiency. The task is to improve the design of the performing magnetorheological device, to carry out calculations and develop a calculation scheme of the study, to determine the average magnetic flux density value and its distribution across the cross-section of the device, to calculate the dependence of the device damping indicator on the magnetic flux density, to compare the damping indicators of the improved device with previously known ones. Methodology. Research tasks were solved on the basis of magnetic field analysis using methods of magnetic field theory and SOLIDWORKS® and FEMM software packages, as well as analysis of the dependence of the damping properties of bushings from magnetorheological elastomers on magnetic flux density. A description of the design and principle of operation of the magnetorheological actuator of the vehicle suspension characteristics control system is given, based on which the calculation scheme was developed. Results. The results of research calculations showed that the average value of magnetic flux density in the proposed design of the device reached 0.85 T, its distribution became fairly uniform, and there were no zones where it was abnormally small. For the first time, the dependence of the damping index on the magnetic flux density of the controlling magnetic field has signs of scientific novelty. It was found that this indicator for the proposed design of the device increased by 22 % compared to previous other designs, which will increase the efficiency of the control system and the smoothness of the vehicle. A positive result was achieved due to the following features of the proposed design of the suspension actuator: the elastic sleeve consists of several coaxially located actuators made of anisotropic magnetorheological elastomer, in which the conglomerates of the ferromagnetic filler during the manufacturing process are located collinear to the direction of the angular deformations of the sleeve and the control magnetic field flux density vector, and the devices have control coils located on their surfaces, which are made of conductive elastic elastomer and electrically connected in a series circuit. Originality. The control method, previous designs and construction of this controlled suspension are protected by patents of Ukraine. Practical value. The direction of further research is to optimize the parameters of the control coils in order to reduce the energy consumption for them and to protect them from overheating. References 20, figures 10.Проблема. Відповідно до одного із напрямків вирішення проблеми підвищення плавності ходу транспортних засобів, запропоновано керовану підвіску, яку створено на базі застосування «інтелектуальних» матеріалів – магнітореологічних еластомерів, механічні властивості яких, зокрема демпфування, можна змінювати за допомогою керуючого магнітного поля. Це реалізовано за допомогою виконавчого магнітореологічного пристрою системи керування підвіски, який має вигляд пружної втулки важеля підвіски, що складається із декількох електрично поєднаних у послідовне коло тороподібних котушок (з осереддям із магнітореологічного еластоміру). Пристрій живиться електричним струмом, величина якого керується оператором, або автоматично, в залежності від дорожнього профілю та режиму руху. Виконавчі магнітореологічні пристрої (пружні втулки) розміщують у важелях підвіски замість штатних гумових і поєднують із керованим джерелом струму. Таким чином, підвіска стає керованою, що надає можливість встановлювати необхідне демпфування коливань корпусу транспортного засобу для підвищення його плавності ходу. Недоліком попередніх конструкцій виконавчого магітореологічного пристрою є недостатня величина індукції та нерівномірність її розподілу в межах пружних втулок. Внаслідок цього демпфуючі властивості таких керованих підвісок недостатньо ефективні, що знижує можливості підвищення плавності ходу транспортних засобів. Метою роботи є підвищення демпфуючих властивостей виконавчого магнітореологічного пристрою системи керування підвіски транспортного засобу, що збільшить ефективність керування. Завдання. Удосконалити конструкцію виконавчого магнітореологічного пристрою, провести розрахунки середньої по перерізу пристрою величину індукції магнітного поля та її розподілу, скласти залежність показника демпфування пристрою від індукції магнітного поля, порівняти показники демпфування удосконаленого пристрою з попередніми. Методологія. Задачі дослідження вирішувалися з використанням методів теорії магнітного поля та програмних пакетів SOLIDWORKS® і FEMM, а також аналізу залежності демпфуючих властивостей втулок з магнітореологічних еластомірів від індукції магнітного поля. Наведено опис конструкції та принцип дії виконавчого магнітореологічного пристрою системи керування підвіски транспортного засобу, на основі чого розроблено розрахункову схему. Результати розрахунків показали, що середня величина індукції магнітного поля у запропонованій конструкції пристрою досягла 0,85 Т, її розподіл став достатньо рівномірний, а зони, де вона аномально мала, відсутні. Складена вперше залежність показника демпфування від індукції керуючого магнітного поля має ознаки наукової новизни. Отримано, що даний показник для запропонованої конструкції пристрою збільшився на 22 % порівняно з попередніми конструкціями, що підвищить ефективність системи керування та плавність ходу транспортного засобу. Позитивний результат досягнуто завдяки наступним особливостям запропонованої конструкції виконавчого пристрою: пружна втулка складається із декількох, розташованих співвісно, виконуючих пристроїв з анізотропного магнітореологічного еластоміру, у якого конгломерати феромагнітного наповнювача в процесі виготовлення розташовано колінеарно до напрямку кутових деформацій втулки та вектору індукції керуючого магнітного поля, а котушки керування виконано із струмопровідного пружного еластоміру. Спосіб керування, попередні конструкції та конструкцію даної керованої підвіски захищено патентами України. Напрямки подальших досліджень полягають у оптимізації параметрів котушок керування з метою зниження енергоспоживання та їх захисту від перегріву. Бібл. 20, рис. 10
Design optimization for enhancing performances of integrated planar inductor for power electronics applications
Get PDFGoal. In this work, the performance of an integrated planar inductor with a square geometric shape using different materials for the substrate: Ni-Fe, Mn-Zn and Ni-Zn have been analyzed and investigated in order to assess the impact of the substrate material on the performance of the integrated planar inductor and to determine the optimal material in the various applications of power modules in power electronics. Methods. To this end, we carried out an in-depth analysis of the geometric dimensions of the integrated planar inductor, by calculating all the geometric parameters of the proposed structure, to establish an equivalent physical model of the integrated planar inductor in order to evaluate its different electrical specifications. The numerical simulation, based on the three-dimensional mathematical model of the system using Maxwell’s equations, was realized by COMSOL Multiphysics software. Results show the importance of the substrate material for the performance of the integrated planar inductor, and specify that the use of Ni-Fe ferrite as a substrate of the integrated planar inductor gives very interesting performance compared to other materials studied. The presented results provide valuable information on the influence of substrate material on the performance of embedded integrated planar inductor and can help to design and optimize these components for use in power electronic systems. Practical value. These results are significant for a wide range of applications, where the integrated planar inductor performance and efficiency can have a significant impact on the overall performance and cost-effectiveness of the power electronic device. References 37, tables 2, figures 7.Мета. У цій роботі проаналізовано та досліджено характеристики вбудованого планарного індуктора квадратної геометричної форми з використанням різних матеріалів підкладки: Ni-Fe, Mn-Zn та Ni-Zn для оцінки впливу матеріалу підкладки на продуктивність вбудованого планарного індуктора та визначення оптимального матеріалу для різних силових застосувань модулів у силовій електроніці. Методи. З цією метою проведено поглиблений аналіз геометричних розмірів вбудованого планарного індуктора, розраховано всі геометричні параметри запропонованої конструкції для встановлення еквівалентної фізичної моделі вбудованого планарного індуктора та оцінки його електричних характеристик. Чисельне моделювання, що базується на тривимірній математичній моделі системи з використанням рівнянь Максвелла, було реалізовано за допомогою COMSOL Multiphysics. Результати показують важливість матеріалу підкладки для роботи вбудованого планарного індуктора і вказують на те, що використання фериту Ni-Fe у якості підкладки вбудованого планарного індуктора дає дуже цікаві характеристики порівняно з іншими вивченими матеріалами. Представлені результати надають важливу інформацію щодо впливу матеріалу підкладки на характеристики вбудованого планарного індуктора та можуть допомогти спроєктувати та оптимізувати дані компоненти для використання у силових електронних системах. Практична цінність. Отримані результати важливі для широкого спектра застосувань, де продуктивність та ефективність вбудованого планарного індуктора можуть істотно вплинути на загальну продуктивність та економічну ефективність силового електронного пристрою. Бібл. 37, табл. 2, рис. 7
Визначення максимальних механічних напружень в ізоляційному матеріалі навколо дефекту з високою діелектричною проникністю в електростатичному полі
Get PDFIntroduction. All insulating macrohomogeneous solid materials change shape under the influence of an electric field. Problem. The presence of minor defects changes the distribution of an electric field and causes a significant concentration of mechanical stresses in a given section of the material, which, under certain circumstances, can cause partial or complete destruction of this material. Goal. The purpose of the work is to determine maximum mechanical stresses according to the von Mises criterion in insulating materials around defects with ionized air and water in an electrostatic field. Also, to analyze the influence of the following parameters on the indicated stresses: the location of the defect, the orientation angle of the semi-major axis of the defect cross-section, the ratio of semi-major and semi-minor axes, elastic and dielectric properties of the insulating material and the defect. Methodology. The study is based on the interrelated equations of electrostatics and structural mechanics for an isotropic piecewise homogeneous medium. The solution of these equations is obtained by the finite element method. Results. Graphs of dependences of maximum mechanical stresses on the ratio of semi-major and semi-minor axes of the ellipsoidal cross-section of the defect have been obtained. The minimum ratio of the greatest stresses in the insulating materials around the surface cracks and pores for ionized air has been 9.3 times for the maximum ratio of major and minor semi-axes of the cross-section of the defect considered in the work, which is 10. For a water defect, the similar ratio has been 2...5.6 times, increasing when the relative dielectric permittivity of the insulating material changes from 7 to 2. When Young’s modulus of the insulating material increases from 1 MPa to 100 GPa, the angles of the inclination of the linearized dependences of maximum mechanical stresses around bounded pores with ionized air (water) to the axis of the ratio of major and minor semi-axes of the defect cross-section have been increased by 35.9° (58.0°) and 18.6° (20.1°) at orientations of major semi-axes at angles of 0° and 45°, respectively. Originality. The numerical-field mathematical two-dimensional model has been developed for the first time, which consists of sequentially solved equations of electrostatics and structural mechanics, for the determination of the distribution of mechanical stresses in an insulating material with a liquid or gaseous defect. It has been established for the first time that the ratio of the elastic properties of the insulating material and the defect determines the angle of the inclination of the linearized dependence of the maximum mechanical stress to the axis of the ratio of major and minor semi-axes of the defect cross-section. Practical value. The types of defects that contribute to the aging of insulation materials under the combined action of an electric field and a stress field to the greatest extent have been established.В роботі методом скінченних елементів розроблено двовимірну математичну модель розрахунку розподілу механічних напружень під дією електростатичного поля в ізоляційному матеріалі з дефектом. Модель являє собою послідовно розв’язувані задачі електростатики та структурної механіки. У якості матеріалу дефекту виступали іонізоване повітря і вода. Розглядалися варіанти з внутрішніми та поверхневими дефектами, з врахуванням і без пружних властивостей дефекту. Поле механічних напружень розраховувалось на основі критерію фон Мізеса. Встановлено, що мінімальне відношення найбільших напружень в ізоляційних матеріалах з поверхневими тріщинами і порами для іонізованого повітря склало 9,3 рази для максимального співвідношення півосей поперечного перерізу дефекту 10. Для водного дефекту аналогічне відношення склало 2…5,6 разів, збільшуючись при зміні відносної діелектричної проникності ізоляційного матеріалу від 7 до 2. Визначено, що при збільшенні модуля Юнга ізоляційного матеріалу від 1 МПа до 100 ГПа кути нахилу до вісі лінеаризованих залежностей максимальних механічних напружень навколо обмежених пор з іонізованим повітрям (водою) збільшуються на 35,9° (58,0°) і 18,6° (20,1°) при орієнтаціях великих півосей під кутами 0° і 45° відповідно
Refined calculation of energy modes of a frequency-regulated induction motor
Get PDFPurpose. To obtain analytical dependencies for the precise calculation of the stator current of a frequency-regulated three-phase short-circuited induction motor and to estimate the components of its main electrical power losses, which are spent on the transportation magnetic power losses (to the magnetization circuit) and additional power losses (through the motor air gap), as well as with using the obtained refined dependencies to research the electromagnetic processes and energy modes of the frequency-regulated induction motor when its speed and load change. Methodology. The method of generalized vectors is used for the refined calculation of the electromagnetic processes and energy modes of the frequency-regulated induction motor. Results. Based on the catalog data and parameters of the induction motor’s equivalent replacement circuit, also the specified values of its useful rotational torque and speed, refined analytical dependencies were obtained for the calculation of the main electromagnetic power losses of the frequency-regulated induction motor, which take into account the influence of all types of power losses, which present in it, as well as – power losses spent on transporting magnetic losses (to the magnetization circuit) and additional losses (through the air gap of the motor). With the help of the obtained dependencies, the energy modes (including main power consumption and electromagnetic power losses, efficiency factor, power factor) of the frequency-regulated induction motor in the driving and generator modes of its operation in relation to the first (at speeds not higher than the nominal) and the second (at speeds above the nominal) speed control zones for the operating ranges of the motor useful rotational torque and speed changes were calculated. Originality. A refined analytical calculation dependence has been obtained for determining the active projection of the generalized stator current vector of a frequency-regulated induction motor, which takes into account the presence of additional power losses and the component of electrical losses caused by the transportation of additional power losses through the air gap of the motor; an analytical dependence is also proposed for determining the increment of the mentioned active projection, which is due to the transportation of magnetic power losses to the motor magnetization circuit. Practical value. Analytical calculation dependencies are proposed for the quantitative assessment of errors (as a percentage of mentioned values) in steady-state modes for determining the main electromagnetic power losses of the frequency-regulated induction motor, caused by the absence (in comparison with relevant studies from known publications) of taking into account additional and magnetic power losses, as well as – the influence of electrical component losses caused by the transportation of the mentioned power losses through the air gap or to the magnetization circuit of the motor, respectively. References 16, tables 5, figures 2.Мета. Отримати аналітичні залежності для уточненого розрахунку статорного струму частотно-регульованого трифазного короткозамкненого асинхронного двигуна і оцінити складові його основних електричних втрат потужності, котрі викликані транспортуванням магнітних втрат потужності (до контуру намагнічування) і додаткових втрат потужності (через повітряний проміжок двигуна), а також дослідити з використанням отриманих уточнених залежностей усталені електромагнітні процеси й енергетичні режими частотно-регульованого асинхронного двигуна при зміні його швидкості та навантаження. Методологія. При уточненому розрахунку електромагнітних процесів та енергетичних режимів частотно-регульованого асинхронного двигуна застосовано метод узагальнених векторів. Результати. Виходячи з каталожних даних та параметрів еквівалентної схеми заміщення асинхронного двигуна, а також заданих значень його корисного обертового моменту та швидкості, отримані для розрахунку основних електромагнітних втрат потужності частотно-регульованого асинхронного двигуна уточнені аналітичні залежності, в яких враховується вплив усіх видів присутніх у ньому втрат потужності, а також – втрат потужності, що викликані транспортуванням магнітних втрат (до контуру намагнічування) та додаткових втрат (через повітряний проміжок двигуна). За допомогою отриманих залежностей були розраховані енергетичні режими (у тому числі – основні споживана потужність та електромагнітні втрати потужності, коефіцієнт корисної дії, коефіцієнт потужності) частотно-регульованого асинхронного двигуна при двигуневому та генераторному режимах його роботи стосовно першої (при швидкостях не вище номінальної) і другої (при швидкостях вище номінальної) зон регулювання швидкості для робочих діапазонів зміни корисного обертового моменту і швидкості двигуна. Наукова новизна. Отримано уточнену аналітичну розрахункову залежність для визначення активної проекції узагальненого вектора статорного струму частотно-регульованого асинхронного двигуна, в котрої враховується наявність в ньому додаткових втрат потужності та складової електричних втрат, яка викликана транспортуванням додаткових втрат потужності через повітряний проміжок двигуна; також запропонована аналітична залежність для визначення прирощення вказаної активної проекції, яке обумовлено транспортуванням магнітних втрат потужності до контуру намагнічування двигуна. Практична цінність. Запропоновано аналітичні розрахункові залежності для кількісної оцінки в усталених режимах похибок (у відсотках від уточнених значень) щодо визначення основних електромагнітних втрат потужності частотно-регульованого асинхронного двигуна, обумовлених при розрахунку цих втрат відсутністю (в порівнянні з відповідними дослідженнями з відомих публікацій) урахування додаткових і магнітних втрат потужності, а також – впливу електричних складових втрат, викликаних транспортуванням згаданих втрат потужності через повітряний проміжок або до контуру намагнічування двигуна відповідно. Бібл. 16, табл. 5, рис. 2
The method for design of combined electromagnetic shield for overhead power lines magnetic field
Get PDFAim. Development of the method of designing a combined electromagnetic shield, consisting of active and passive parts, to improve the effectiveness of reduction of industrial frequency magnetic field created by two-circuit overhead power lines in residential buildings. Methodology. The problem of design of combined electromagnetic shield including robust system of active shielding and electromagnetic passive shield of initial magnetic field solved based on of the multi-criteria two-player antagonistic game. The game payoff vector calculated based on the finite element calculations system COMSOL Muliphysics. The game solution calculated based on the particles multiswarm optimization algorithms. During the design of combined electromagnetic shields spatial location coordinates of shielding winding, the currents and phases in the shielding winding of active shielding, geometric dimensions and thickness of the electromagnetic passive shield are calculated. Results. The results of theoretical and experimental studies of combined electromagnetic passive and active shielding of magnetic field in residential building from power transmission line with a «Barrel» type arrangement of wires presented. Originality. For the first time the method of designing a combined electromagnetic shield, consisting of active and passive parts, for more effective reduction of the magnetic field of industrial frequency created by two-circuit overhead power lines in residential buildings is developed. Practical value. Based on results of calculated and experimental study the shielding efficiency of the initial magnetic field determined that shielding factors whith only electromagnetic passive shield is more 2 units, whith only active shield is more 4 units and with combined electromagnetic passive and active shield is more 10 units. 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 a combined electromagnetic passive and active shielding with single compensating winding to 0.5 μT level safe for the population. References 53, figures 15.Мета. Розробка методу проектування комбінованого електромагнітного екрану, що складається з активної та пасивної частин, для підвищення ефективності зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного дволанцюговими повітряними лініями електропередачі в житлових будинках. Методологія. Задача проектування комбінованого електромагнітного екрану, що включає робастну систему активного екранування та електромагнітний пасивний екран вихідного магнітного поля, вирішується на основі багатокритеріальної антагоністичної гри двох гравців. Вектор виграшів гри розраховується на основі кінцево-елементної системи обчислень COMSOL Muliphysics. Рішення гри розраховується на основі алгоритмів оптимізації мультироїв частинок. При проектуванні комбінованих електромагнітних екранів розраховуються координати розташування екрануючої обмотки в просторі, струм і фаза в екрануючій обмотці робастної системи активного екранування, та геометричні розміри і товщина електромагнітного пасивного екрану. Результати. Наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень комбінованого електромагнітного пасивного та активного екранування магнітного поля в житловому будинку від дволанцюгової лінії електропередач із розташуванням проводів типу «бочка». Оригінальність. Вперше розроблено метод проектування комбінованого електромагнітного екрану, що складається з активної та пасивної частин, для підвищення ефективності зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного дволанцюговими повітряними лініями електропередачі в житлових будинках. Практична цінність. За результатами розрахункових та експериментальних досліджень ефективність екранування початкового магнітного поля визначено, що коефіцієнти екранування системи тільки з електромагнітним пасивним екраном дорівнює більше 2 одиниць, тільки з активним екраном дорівнює більше 4 одиниць, а з комбінованим електромагнітним пасивним і активним екраном дорівнює більше 10 одиниць. Показано можливість зниження рівня індукції магнітного поля в житловому будинку від дволанцюгової лінії електропередач із розташуванням проводів типу «бочка» за допомогою комбінованого електромагнітного пасивного та активного екранування з однією компенсуючою обмоткою до безпечного для населення рівня в 0,5 мкТл. Бібл. 53, рис. 15
Захист працівників від магнітного поля повітряних ліній електропередачі 330-750 кВ при виконанні робіт без зняття напруги під навантаженням
Get PDFProblem. One of the acute problems that needs to be solved when performing repair work under voltage on power transmission lines (PTLs) is the protection of workers’ health from high-intensity electromagnetic fields. Goal. The purpose of the work is to develop the methodological foundations for the protection of workers from the magnetic field (MF) of the 330-750 kV PTL during repairing work without removing the voltage and under loading. Methodology. A methodology for calculating the maximum allowable PTL loading factor has been developed. It limits the flux density of the MF in the working area of the power transmission line to the maximum permissible level of sanitary standards for the given period of work at the potential and the minimum thickness of the protective layer between the wires and the worker’s body. Originality. Methodological principles for protecting workers from magnetic fields have been created. They are based on the joint use of the developed method of mode load minimization and the method of increasing the working distance, and the developed method of calculating the maximum allowable loading factor of PTLs. Practical value. The graphic dependence of the maximum allowable loading factor of the PTL is proposed as a function of the required working time and the thickness of the introduced additional protective layer between the wires and the body of the worker. It allows one quickly determines the maximum allowable loading factors to conform the accepted limit-allowable normative level of flux density of MF for various types of PTLs 330-750 kV. References 45, tables 1, figures 10.Проблема. Однією із гострих проблем, що потребує вирішення при виконанні ремонтних робіт під напругою на лініях електропередачі (ЛЕП), є захист здоров’я працівників від електромагнітного поля високої інтенсивності. Мета. Метою роботи є розроблення методологічних основ захисту працівників від магнітного поля (МП) ЛЕП 330-750 кВ при виконанні ремонтних робіт без зняття напруги і під навантаженням. Методика. Розроблено методику розрахунку гранично допустимого коефіцієнту навантаження ЛЕП, який обмежує індукцію МП в робочій зоні ЛЕП до гранично допустимого рівня санітарних норм при заданих терміні робіт на потенціалі і мінімальній товщині захисного слою між проводами та тілом працівника. Наукова новизна. Створені методологічні засади захисту працівників від МП, що ґрунтуються на сумісному використанні розроблених методу режимної мінімізації навантаження і методу збільшення робочої дистанції, та розробленої методики розрахунку гранично допустимого коефіцієнту навантаження ЛЕП. Практична значимість Запропоновані графічні залежності гранично допустимого коефіцієнту навантаження ЛЕП в функції від необхідного часу роботи та товщини введеного додаткового захисного слою між проводами та тілом працівника, що при прийнятому гранично допустимому нормативному рівні індукції МП дозволяє оперативно визначати гранично допустимі коефіцієнти навантаження для різних типів ЛЕП 330-750 кВ. Бібл. 45, табл. 1, рис. 10
Frequency experimental identification approach for single-phase induction motor common-mode parameters
Get PDFIntroduction. The presence of broad-spectrum and high-amplitude electromagnetic interference (EMI) within a single-phase induction motor (SPIM) drive poses a significant threat to both the system and other electronic equipment. High-frequency (HF) models of electrical motors play a critical role in overcoming these challenges, as they are essential for characterizing electromagnetic compatibility (EMC) in drives and designing effective EMI filters. The novelty of this study proposes an enhanced HF motor model based on transfer functions (TFs) to accurately represent the motor’s behavior at HFs for frequency-domain analyses in the range of 100 Hz to 30 MHz. Purpose. The equivalent HF model for a SPIM is discussed in this paper. The suggested equivalent circuit describes a motor’s common-mode (CM) properties. Methodology. HF model was developed by a frequency-domain analysis utilizing an experimental setup and MATLAB software. The motor impedance analysis is based on the measurement of variations in motor characteristics as a function of frequency in the CM setup. Originality. TF has been tuned using an asymptotic identification method of Bode to match the behavior of the real impedances of the motor parameters as a function of the frequency in the CM configuration. This tuned TFs are then synthesized into a comprehensive wideband EMC equivalent circuit model using the Foster network technique, which can be then simulated in any Spice-based simulator tools. Results. The proposed mathematical model was employed to conduct simulations, and the resulting predictions were validated against experimental data. CM response of the EMC equivalent circuit at low, medium, and HFs were compared between simulations and experimental measurements using Lt-Spice simulator software. Practical value. It is observed that results show satisfactory agreement with the measurements over a large frequency bandwidth [100 Hz–30 MHz], and the equivalent model of SPIM can be cascaded with other electronic and electrical modules to form a complete single-phase electric drive system model for fast analysis and prediction of system level EMI and electromagnetic sensitivity. References 37, table 5, figures 13.Вступ. Наявність широкоспектральних та високоамплітудних електромагнітних перешкод (ЕМП) в однофазному асинхронному електродвигуні (ОАЕД) становить значну загрозу як для системи, так і для іншого електронного обладнання. Високочастотні (ВЧ) моделі електродвигунів відіграють вирішальну роль у подоланні цих проблем, оскільки вони необхідні для характеристики електромагнітної сумісності (ЕМС) у приводах та проєктування ефективних фільтрів ЕМП. Новизна цього дослідження полягає в тому, що пропонується вдосконалена модель ВЧ-двигуна на основі передатних функцій (ПФ) для точного представлення поведінки двигуна на ВЧ для аналізу частотної області в діапазоні від 100 Гц до 30 МГц. Мета. У статті обговорюється еквівалентна ВЧ-модель для ОАЕД. Запропонована еквівалентна схема описує властивості двигуна у синфазному режимі (СР). Методологія. ВЧ-модель була розроблена за допомогою аналізу у частотній області з використанням експериментальної установки та програмного забезпечення MATLAB. Аналіз імпедансу двигуна заснований на вимірюванні змін характеристик двигуна в залежності від частоти встановлення СР. Оригінальність. ПФ були налаштовані за допомогою асимптотичного методу ідентифікації Боде для відповідності поведінці реальних імпедансів параметрів двигуна залежно від частоти конфігурації СР. Надалі ці налаштовані ПФ синтезуються в комплексну модель еквівалентної схеми ЕМС з використанням методу мережі Фостера, яку потім можна моделювати в будь-яких інструментах симулятора на основі Spice. Результати. Запропонована математична модель використовувалася щодо моделювання, а отримані прогнози було перевірено з урахуванням експериментальних даних. Реакція СР еквівалентної схеми ЕМС на низьких, середніх та високих частотах порівнювалась між моделюванням та експериментальними вимірами з використанням програмного забезпечення симулятора Lt-Spice. Практична цінність. Результати показують задовільне співпадіння з вимірюваннями у значному диапазоні частот [100 Гц-30 МГц], а еквівалентна модель ОАЕД може бути каскадована з іншими електронними та електричними модулями для формування повної моделі однофазної системи електроприводу для швидкого аналізу та прогнозування ЕМП на рівні системи та електромагнітної чутливості. Бібл. 37, табл. 5, рис. 13
An application of multi-magnetic circular planar spiral relay to improve the performance of wireless power transfer system
Get PDFIntroduction. The system of delivering electricity without wires is known as wireless power transfer (WPT). The WPT system has been extensively used in a number of industries, health, telecommunications, and transportation. However, the distance between the transmitter and receiver coils has a significant impact on its efficiency. Lower power can be generated between coils the farther apart they are, and vice versa. The novelty of the proposed work is innovative in that it develops a multi-magnetic circular planar spiral relay to improve the WPT system’s performance and designs circular planar spiral coils to achieve an appropriate inductance value for the 5 kHz matching frequency. The goal of paper is to create a circular planar spiral coil with an appropriate inductance value for the 5 kHz matching frequency. Methods. The transmitter circuit, receiver circuit, and DC voltage source are parts of the WPT system. The inverter circuit uses the inductive coupling technique to transform the DC power source into AC voltage on the transmitter coil. The suggested coil is additionally employed as a multi-magnetic circular planar spiral relay in order to increase the mutual inductance between the receiver and transmitter coils. Results. To monitor the power improvement that results from adding a multi-magnetic relay to the system, the transmitter coil, receiver coil, and multi-magnetic relay are positioned at specific distances from each other. With Vdc = 30 V and dtr = 21 cm, the power received at the receiver coil can therefore be improved by up to 67 %. Practical value. The multi-magnetic circular planar spiral relay applied in the WPT system has been investigated in an experimental study and it can be applied for DC load. References 26, table 1, figure 18.Вступ. Система доставки електроенергії без дротів відома як бездротова передача енергії (WPT). Система WPT широко використовується у ряді галузей промисловості, охорони здоров’я, телекомунікацій та транспорту. Однак відстань між передавальною та приймальною котушками істотно впливає на її ефективність. Чим далі котушки один від одного, тим нижча потужність, і навпаки. Новизна запропонованої роботи полягає в розробці багатомагнітного круглого плаского спірального реле для покращення продуктивності системи WPT і в проєктуванні круглих пласких спіральних котушок для досягнення відповідного значення індуктивності для частоти узгодження 5 кГц. Метою роботи є створення кругової плоскої спіральної котушки з відповідним значенням індуктивності для частоти узгодження 5 кГц. Методи. Схема передавача, схема приймача та джерело постійної напруги є частинами системи WPT. Схема інвертора використовує метод індуктивного зв’язку перетворення джерела постійного струму в змінну напругу на котушці передавача. Пропонована котушка додатково використовується як багатомагнітне кругле плоске спіральне реле для збільшення взаємної індуктивності між приймальною і передавальної котушками. Результати. Для контролю поліпшення потужності, яке відбувається в результаті додавання багатомагнітного реле в систему, котушка, що передає, приймальна котушка і багатомагнітне реле розташовуються на певних відстанях один від одного. При Vdc = 30 В і dtr = 21 см потужність, яка приймається приймальною котушкою, може бути покращена до 67 %. Практичне значення. Багатомагнітне кругле плоске спіральне реле, що застосовується в системі WPT, було досліджено експериментально, і його можна застосовувати для постійного навантаження. Бібл. 26, табл. 1, рис. 18
Design and evaluation of a hybrid offshore wave energy converter and floating photovoltaic system for the region of Oran, Algeria
Get PDFIntroduction. This paper presents the novel design and analysis of a hybrid renewable energy system that combines a wave energy converter (WEC) with a floating photovoltaic (FPV) system for offshore installation, with a specific focus on Oran as a case study. The purpose of integrating these two technologies is to harness both wave and solar energy, thereby maximizing energy output and enhancing the reliability of renewable energy sources in offshore environments. The goal of this study is to develop a hybrid system that leverages the complementary nature of WEC and FPV technologies to maximize energy output and improve reliability. By integrating these technologies, the system aims to overcome the limitations of standalone energy systems. The methodology includes selecting suitable WEC and FPV technologies, optimizing their configurations, and analyzing their combined performance under various environmental conditions. To assess the energy production potential, structural stability, and economic feasibility of the hybrid system, computational simulations and data analysis are employed. This comprehensive approach ensures rigorous testing and optimization for real-world applications. The results demonstrate substantial improvements in energy yield and system resilience compared to standalone WEC or FPV systems. The hybrid system shows enhanced performance, particularly in consistent energy output and structural robustness. These findings indicate that combining WEC and FPV technologies can lead to more reliable and efficient offshore renewable energy solutions. The practical values are significant, providing insights into efficient and sustainable offshore renewable energy solutions. By focusing on Oran, it offers a localized perspective that can be adapted to similar coastal areas globally, contributing to the advancement of renewable energy technologies. The hybrid system’s enhanced reliability and efficiency support the broader goal of sustainable energy development in marine environments, highlighting its potential for widespread application and impact. References 23, tables 4, figures 17.Вступ. У статті представлено нову конструкцію та аналіз гібридної системи відновлюваної енергії, яка поєднує в собі перетворювач хвильової енергії (WEC) з плавучою фотоелектричною (FPV) системою для морської установки, з особливим акцентом на регіоні Оран як тематичному дослідженні. Призначенням інтеграції цих двох технологій є використання хвильової та сонячної енергії, таким чином максимізуючи вихід енергії та підвищуючи надійність відновлюваних джерел енергії в морському середовищі. Метою цього дослідження є розробка гібридної системи, яка використовує взаємодоповнюючий характер технологій WEC і FPV для максимізації виходу енергії та підвищення надійності. Інтегруючи ці технології, система має на меті подолати обмеження автономних енергетичних систем. Методологія включає в себе вибір відповідних технологій WEC і FPV, оптимізацію їх конфігурацій і аналіз їх спільної продуктивності в різних умовах навколишнього середовища. Для оцінки потенціалу виробництва енергії, структурної стабільності та економічної доцільності гібридної системи використовується обчислювальне моделювання та аналіз даних. Цей комплексний підхід забезпечує ретельне тестування та оптимізацію для реальних застосувань. Результати демонструють суттєві покращення у виході енергії та стійкості системи порівняно з автономними системами WEC або FPV. Гібридна система демонструє покращену продуктивність, зокрема стабільну вихідну енергію та міцність конструкції. Ці висновки вказують на те, що поєднання технологій WEC і FPV може призвести до більш надійних і ефективних рішень для морських відновлюваних джерел енергії. Практичні значення є значними, що дають змогу зрозуміти ефективні та стійкі рішення для відновлюваних джерел енергії в морських умовах. Зосереджуючись на Орані, пропонується локальна перспектива, яку можна адаптувати до подібних прибережних районів у всьому світі, сприяючи розвитку технологій відновлюваної енергії. Підвищена надійність і ефективність гібридної системи підтримує більш широку мету сталого енергетичного розвитку в морському середовищі, підкреслюючи її потенціал для широкого застосування та впливу. Бібл. 23, табл. 4, рис. 17