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
Граничний вплив неідентичності резистивних елементів високовольтного плеча на частотні характеристики широкосмугового подільника напруги (аналітичне дослідження)
Get PDFPurpose. Determination in the analytical form of the maximum limiting influence of the non-identity of the resistive elements of the high-voltage arm on the amplitude-frequency characteristic and phase-frequency characteristic of the voltage divider with parallel-series connection of R-, C-elements of the high-voltage arm. Methodology. Based on the previously developed theory of broadband voltage dividers with parallel-series connection of R‑, C-elements, analytical expressions for amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the voltage divider are obtained and investigated taking into account the limit case of non-identical resistive elements of high-voltage arm. Results. The nature of the dependencies of the frequency characteristics of the broadband voltage divider on the value of the tolerance of the resistive elements of the high-voltage arm, the division factor of the voltage divider in a wide range of frequency changes are determined. Simplified approximating expressions for the maximum values of frequency characteristics of the voltage divider are proposed and their error is determined. Originality. For the first time in the analytical form the limiting influence of non-identity of resistive elements of a high-voltage arm of a voltage divider on its frequency characteristics is considered. A mathematical model of this influence is constructed and the limit values of frequency characteristics of the voltage divider are determined. Practical value. It is recommended to introduce into the normative documentation of broadband voltage dividers the corrected value of the division factor, which allows to significantly reduce the deviation of the actual value of the division factor of the voltage divider from the normalized value in a wide range of frequency changes.На основі раніше розвинутої теорії широкосмугових подільників напруги з паралельно-послідовним з’єднанням R-, C-елементів вперше одержані аналітичні вирази для амплітудно-частотної та фазо-частотної характеристик подільника напруги з урахуванням граничного випадку неідентичності резистивних елементів високовольтного плеча. Визначений загальний характер залежностей частотних характеристик від значення допуску резистивних елементів, коефіцієнта ділення подільника напруги в широкому діапазоні зміни частоти. Запропоновані спрощені апроксимуючі вирази для максимальних значень частотних характеристик та визначено їх похибки. Рекомендовано уведення в нормативно-технічну документацію широкосмугових подільників напруги відкоригованого значення коефіцієнта ділення
Improving the quality of energy using an active power filter with zero direct power command control related to a photovoltaic system connected to a network
Get PDFIntroduction. This article’s subject is a dual function energy system that improves the quality of the electric energy with help of an active power filter and uses a new technique of command named ZDPC (Zero Direct Power Command) on one hand, and on the other hand it injects the photovoltaic (PV) renewable energy to the electrical networks in the presence of non-linear charges. The novelty of the work consists in the subtraction of disturbances resulting from the non-linear charges is provided by an active power filter based on a new ZDPC method. Methods. This strategy combines a classic PI controller for DC bus voltage regulation with a smart method to maximum power point tracking (MPPT) of power based on fuzzy logic. Purpose. The elimination of the undesirable harmonics from the source currents makes the current almost sinusoidal with a harmonic distortion rate close to 1 %. The injection of PV energy into the electrical grid is provided by a PV panel in series with a chopper through a two-state inverter. Results. This system is simulated using MATLAB/Simulink software. The results prove the robustness and feasibility of the ZDPC control which simultaneously guarantees the compensation of harmonic currents, the correction of the power factor and the injection of the solar power into the electrical grid.Вступ. Предметом цієї статті є енергосистема подвійного призначення, що покращує якість електроенергії за допомогою фільтра активної потужності та використовує, з одного боку, нову техніку управління під назвою ZDPC (Zero Direct Power Command), а з іншого боку, фотоелектричні відновлювані джерела енергії в електричні мережі за наявності нелінійних зарядів. Новизна роботи полягає в тому, що віднімання перешкод, що виникають від нелінійних зарядів, забезпечується фільтром активної потужності на основі нового методу ZDPC. Методи. Ця стратегія поєднує класичний ПІ-регулятор для регулювання напруги на шині постійного струму з інтелектуальним методом відстеження точки максимальної потужності (MPPT) на основі нечіткої логіки. Мета. Усунення небажаних гармонік із струмів джерела робить струм майже синусоїдальним з коефіцієнтом гармонічних спотворень, близьким до 1 %. Подача фотоелектричної енергії в електричну мережу забезпечується фотоелектричною панеллю, послідовно з’єднаної з переривником через інвертор з двома станами. Результати. Ця система моделюється за допомогою програмного забезпечення MATLAB/Simulink. Результати доводять надійність та здійсненність управління ZDPC, яке одночасно гарантує компенсацію гармонічних струмів, корекцію коефіцієнта потужності та подачу сонячної енергії в електричну мережу
Optimization of cogging torque in interior permanent magnet synchronous motor using optimum magnet v-angle
Get PDFIntroduction. At present, the most important requirement in the field of electrical engineering is the better utilization of electrical power, due to its increasing demand and not-so-increasing availability. A permanent magnet synchronous motor (PMSM) is increasingly gaining popularity in various household and industrial applications because of its superior performance compared to conventional electrical motors. Purpose. PMSM is designed based on the selection of various design variables and optimized to fulfill the same. Being superiorly advantageous over other motors, PMSM has the major disadvantage of higher cogging torque. Higher cogging torque generates torque ripple in the PMSM motor leading to various problems like vibration, rotor stress, and noisy operation during starting and steady state. The designer should aim to reduce the cogging torque at the design stage itself for overall better performance. Methods. An interior rotor v-shaped web-type PMSM is designed and its performance analysis is carried out using finite element analysis (FEA). Magnet v-angle is optimized with the objective of cogging torque reduction. Performance comparison is carried out between the optimized motor and the initially designed motor with FEA. Novelty. Magnet v-angle analysis is performed on the same keeping all other parameters constant, to obtain minimum cogging torque. The proposed method is practically viable as it does not incur extra costs and manufacturing complexity. Practical value. It is observed that the magnet v-angle is an effective technique in the reduction of cogging torque. Cogging torque is reduced from 0.554 N×m to 0.452 N×m with the application of the magnet v-angle optimization technique.Вступ. В даний час найважливішою вимогою в галузі електротехніки є найкраще використання електроенергії через зростаючу потребу в ній і не настільки зростаючу доступність. Синхронний двигун з постійними магнітами (СДПМ) набуває все більшої популярності в різних побутових та промислових застосуваннях завдяки своїм чудовим характеристикам у порівнянні зі звичайними електродвигунами. Мета. СДПМ, спроєктований на основі вибору різних конструктивних змінних та оптимізований для їх виконання. Будучи чудовим у порівнянні з іншими двигунами, СДПМ має головний недолік: вищий крутний момент. Вищий крутний момент викликає пульсації крутного моменту в двигуні з постійними магнітами, що призводить до різних проблем, таких як вібрація, напруга ротора і шумна робота під час запуску і режиму. Проєктувальник повинен прагнути зменшити крутний момент зубчастого колеса на стадії проєктування для підвищення загальної продуктивності. Методи. Розроблено СДПМ з внутрішнім ротором v-подібної форми та стрижневого типу, та аналіз його характеристик виконаний з використанням аналізу методом скінченних елементів (FEA). Кут v-подібного магніту оптимізовано з метою зниження зубчастого моменту. Порівняння продуктивності здійснюється між оптимізованим двигуном та двигуном, спочатку спроєктованим за допомогою FEA. Новизна. Аналіз кута v-подібного магніту виконується таким же чином, зберігаючи решту всіх параметрів постійними, щоб отримати мінімальний зубчастий крутний момент. Запропонований спосіб практично життєздатний, оскільки не вимагає додаткових витрат та складності виготовлення. Практична цінність. Помічено, що v-подібний кут магніту є ефективним способом зниження зубчастого моменту. Зубчастий крутний момент зменшений з 0,554 Н×м до 0,452 Н×м за рахунок застосування методу оптимізації v-подібного кута магніту
Fuzzy current analysis-based fault diagnostic of induction motor using hardware co-simulation with field programmable gate array
Get PDFIntroduction. Presently, signal analysis of stator current of induction motor has become a popular technique to assess the health state of asynchronous motor in order to avoid failures. The classical implementations of failure detection algorithms for rotating machines, based on microprogrammed sequential systems such as microprocessors and digital signal processing have shown their limitations in terms of speed and real time constraints, which requires the use of new technologies providing more efficient diagnostics such as application specific integrated circuit or field programmable gate array (FPGA). The purpose of this work is to study the contribution of the implementation of fuzzy logic on FPGA programmable logic circuits in the diagnosis of asynchronous machine failures for a phase unbalance and a missing phase faults cases. Methodology. In this work, we propose hardware architecture on FPGA of a failure detection algorithm for asynchronous machine based on fuzzy logic and motor current signal analysis by taking the RMS signal of stator current as a fault indicator signal. Results. The validation of the proposed architecture was carried out by a co-simulation hardware process between the ML402 boards equipped with a Virtex-4 FPGA circuit of the Xilinx type and Xilinx system generator under MATLAB/Simulink. Originality. The present work combined the performance of fuzzy logic techniques, the simplicity of stator current signal analysis algorithms and the execution power of ML402 FPGA board, for the fault diagnosis of induction machine achieving the best ratios speed/performance and simplicity/performance. Practical value. The emergence of this method has improved the performance of fault detection for asynchronous machine, especially in terms of hardware resource consumption, real-time online detection and speed of detection.Вступ. В даний час аналіз сигналу струму статора асинхронного двигуна став популярним методом оцінки стану працездатності асинхронного двигуна, щоб уникнути відмов. Класичні реалізації алгоритмів виявлення несправностей машин, що обертаються, засновані на мікропрограмних послідовних системах, таких як мікропроцесори і цифрова обробка сигналів, показали свої обмеження з точки зору швидкості та обмежень у реальному часі, що вимагає використання нових технологій, що забезпечують більш ефективну діагностику. наприклад, інтегральна схема для конкретної програми або програмована вентильна матриця (FPGA). Метою даної є дослідження внеску реалізації нечіткої логіки на програмованих логічних схемах FPGA в діагностику відмов асинхронних машин при несиметрії фаз і обривах фази. Методологія. У цій роботі ми пропонуємо апаратну архітектуру на FPGA алгоритму виявлення відмов асинхронної машини на основі нечіткої логіки та аналізу сигналів струму двигуна, приймаючи середньоквадратичний сигнал статора струму як сигнал індикатора несправності. Результати. Валідація запропонованої архітектури проводилася шляхом апаратного моделювання між платами ML402, оснащеними схемою Virtex-4 FPGA типу Xilinx та генератором системи Xilinx під керуванням MATLAB/Simulink. Оригінальність. Дана робота поєднала в собі ефективність методів нечіткої логіки, простоту алгоритмів аналізу сигналів струму статора та виконавчу потужність плати ML402 FPGA для діагностики несправностей асинхронних машин, досягаючи найкращих співвідношень швидкість/продуктивність та простота/продуктивність. Практична цінність. Поява цього методу покращила продуктивність виявлення несправностей асинхронної машини, особливо з точки зору споживання апаратних ресурсів, онлайн-виявлення в реальному часі та швидкості виявлення
Розрахунок основних теплофізичних, газодинамічних та електроенергетичних параметрів електричного вибуху в газовому середовищі металевого провідника
Get PDFGoal. Receipt and analysis of close analytical correlations for the engineering calculation of maximal temperature of Tm and pressures of Pm in a plasma channel, time of tex explosion of explorer, active resistance of Rc and specific conductivity of γp of plasma channel, to entered in explorer Wi and selected in the channel of Wc of thermal energy and high speed of vmw distribution of shock acoustic wave in the plasma products of electric explosion (EE) in gas of explorer under the action of large impulsive current (LIC). Methodology. Basis of thermophysics, thermodynamics, theoretical and applied electrical engineering, electrophysics bases of technique of high-voltage and large impulsive currents, basis of heavy-current electronics, theory of explosion and plasma, measuring technique and electromagnetic compatibility. Results . Close formulas are got for the analytical calculation of temperature of Tm and pressures of Pm in a plasma channel, time of tex explosion of explorer, active resistance of Rc and specific conductivity of γp of plasma channel, to entered in explorer Wi and selected in the channel of Wc of thermal energy and speed of vmw of shock acoustic wave in «metallic plasma» at EE in gas of explorer, testing action LIC in the discharge chain of high-voltage generator of impulsive currents (GIC) with the stocked energy of W0. It is rotined that at EE in atmospheric air of copper explorer long 110 mm and by a radius 0,1 mm in the bit chain of GIC of the microsecond temporal range (Imc≈−190 кА; tmc≈42 μs; ωc≈26,18·103 s-1; W0≈121,4 кJ) levels of temperature of Tm, to time of tex explosion, pressures of Pm and speeds of vmw in the area of his explosion can arrive at numeral values: Tm≈121,6·103 K, tex≈3,32 μs; Pm≈14,19·109 Pa and vmw≈4693 m/s. The ways of receipt are formulated in the bit chain of GIC of «record» (most) values of temperature of Tm, pressures of Pm and speeds of vmw. It is set that at EE in atmospheric air of the indicated short thin copper explorer the coefficient of the useful use of ηc of electric energy of W0 of condenser battery of GIC arrives at the numeral value of ηc≈(Wi+Wc)/W0≈0,326 (32,6 %). Arising up in the plasma channel of discharge, initiated EE in gas of explorer, temperature of Tm and pressure of Pm, time of tex explosion of explorer, specific conductivity of γp of channel, thermal energy of Wc and speed of vmw of shock acoustic wave selected in a channel in «metallic plasma» can be certain experimental a way on results decoding of oscillograms of discharge current of ic(t) and high-voltage of uc(t) on an explorer in the chain of GIC. A formula is resulted for the close calculation of critical integral of current of Jk at EE in gas of explorers from different metals. Executed on powerful GIC heavy-current experiments were confirmed by substantive provisions offered approach near the analytical calculation of basic parameters of electro-explosive process for the probed explorer. Originality. Offered and the engineering going is scientifically grounded near the analytical calculation of the indicated thermophysical, gasodynamic and electroenergy parameters of Tm, Pm, tex, Rc, γp, Wi, Wc and vmw at EE in gas of metallic explorer, plugged in the discharge chain of GIC. Practical value. Application in electrophysics practice of the offered engineering going near a calculation in the chain of GIC of basic parameters of electro-explosive process will allow to facilitate labour of workers of scientific laboratories and promote efficiency of work of technicians-and-engineers during practical realization by them different electro-explosive technologies.Надані результати інженерного розрахунку температури Tm і тиску Pm в плазмовому каналі, часу tex вибуху провідника, активного опору Rc і питомої електропровідності γp плазми каналу, теплової енергії, що вводиться в провідник Wi та виділяється в каналі Wc, і швидкості vmw розповсюдження ударної акустичної хвилі в «металевій плазмі», що утворюється при електричному вибуху (ЕВ) в газовому середовищі металевого провідника під дією великого імпульсного струму. Показано, що при ЕВ в атмосферному повітрі короткого тонкого мідного провідника в розрядному колі високовольтного генератора імпульсних струмів (ГІС) мікросекундного часового діапазону рівні температури Tm, тиску Pm і швидкості vmw в зоні його вибуху можуть досягати чисельних значень Tm≈121,6·103 К, Pm≈14,19·109 Па і vmw≈4693 м/с. Сформульовані електротехнічні шляхи отримання в розрядному колі ГІС з металевим провідником, який вибухає у газовому середовищі, найбільших значень температури Tm, тиску Pm і швидкості vmw
Slot opening displacement technique for cogging torque reduction of axial flux brushless DC motor for electric two-wheeler application
Get PDFIntroduction. Reduction of cogging torque is the crucial design consideration of axial flux brushless DC (BLDC) motor, particularly for low-speed applications. Aim. The slot opening displacement technique is presented in this article to reduce cogging torque in axial flux BLDC motors suitable for electric two-wheeler applications. Methods. Double rotor single stator configuration of axial flux BLDC motor is the most suitable for such vehicular applications. Initially double rotor single stator 250 W, 150 rpm axial flux BLDC motor is designed with stator slot opening in middle position and considered as reference motor for further analysis. To evaluate the cogging torque profile of the reference motor 3D finite element modeling and analysis are performed. The design is enhanced by dividing all stator teeth into groups and displacing the slot openings of each group in opposite direction with respect to the adjacent group. Results. The influence of slot opening displacement on cogging torque is evaluated with finite element modeling and analysis. As cogging torque is reduced from 1.23 N×m to 0.63 N×m, the slot opening displacement technique is found to be effective in reducing cogging torque of axial flux BLDC motor.Вступ. Зменшення зубчастого обертаючого моменту є важливим фактором при проектуванні безщіткових двигунів постійного струму (БЩДПС) з осьовим потоком, особливо для низькошвидкісних застосувань. Мета. У цій статті представлений метод зміщення отвору щілини для зменшення зубчастого моменту в БЩДПС з осьовим потоком, придатних для застосування в електричних двоколісних транспортних засобах. Методи. Конфігурація двигуна постійного струму з осьовим потоком з двома роторами та одним статором є найбільш підходящою для таких транспортних засобів. Початково спроєктований двороторний двигун БЩДПС з одним статором потужністю 250 Вт, 150 об/хв з осьовим потоком з отвором в статорному пазу в середньому положенні вважається еталонним двигуном для подальшого аналізу. Для оцінки профілю зубчастого обертаючого моменту еталонного двигуна виконується 3D-моделювання та аналіз методом скінченних елементів. Конструкція вдосконалена за рахунок поділу всіх зубів статора на групи та усунення пазових отворів кожної групи у протилежному напрямку по відношенню до сусідньої групи. Результати. Вплив зміщення отвору паза на зубчастий обертаючий момент оцінюється за допомогою моделювання та аналізу методом скінченних елементів. Оскільки зубчастий обертаючий момент зменшується з 1,23 Н×м до 0,63 Н×м, метод зміщення відкриття щілини виявився ефективним для зниження зубчастого обертаючого моменту двигуна БЩДПС з осьовим потоком
Implementation of a new flux rotor based on model reference adaptive system for sensorless direct torque control modified for induction motor
Get PDFIntroduction. In order to realize an efficient speed control of induction motor, speed sensors, such as encoder, resolver or tachometer may be utilized. However, some problems appear such as, need of shaft extension, which decreases the mechanical robustness of the drive, reduce the reliability, and increase in cost. Purpose. In order to eliminate of speed sensors without losing. Several solutions to solve this problem have been suggested. Based on the motor fundamental excitation model, high frequency signal injection methods. The necessity of external hardware for signal injection and the adverse influence of injecting signal on the motor performance do not constitute an advantage for this technique. Fundamental model-based strategies method using instantaneous values of stator voltages and currents to estimate the rotor speed has been investigate. Several other methods have been proposed, such as model reference adaptive system, sliding mode observers, Luenberger observer and Kalman filter. The novelty of the proposed work consists in presenting a model reference adaptive system based speed estimator for sensorless direct torque control modified for induction motor drive. The model reference adaptive system is formed with flux rotor and the estimated stator current vector. Methods. The reference model utilizes measured current vector. On the other hand, the adjustable model uses the estimated stator current vector. The current is estimated through the solution of machine state equations. Practical value. The merits of the proposed estimator are demonstrated experimentally through a test-rig realized via the dSPACE DS1104 card in various operating conditions. The experimental results show the efficiency of the proposed speed estimation technique. Experimental results show the effectiveness of the proposed speed estimation method at nominal speed regions and speed reversal, and good results with respect to measurement speed estimation errors obtained.Вступ. Щоб реалізувати ефективне керування швидкістю асинхронного двигуна, можна використовувати датчики швидкості, такі як енкодер, резольвер або тахометр. Однак виникають деякі проблеми, такі як необхідність подовження валу, що знижує механічну міцність приводу, знижує надійність та збільшує вартість. Мета. Для усунення датчиків швидкості без втрати. Було запропоновано кілька рішень на вирішення цієї проблеми. На основі моделі основного порушення двигуна використовуються методи подачі високочастотного сигналу. Необхідність зовнішнього обладнання для подачі сигналу та несприятливий вплив подачі сигналу на роботу двигуна не є перевагою цього методу. Досліджено метод стратегій на основі фундаментальних моделей з використанням миттєвих значень напруг та струмів статора для оцінки швидкості обертання ротора. Було запропоновано кілька інших методів, таких як еталонна адаптивна система моделі, спостерігачі режиму ковзання, спостерігач Люенбергера і фільтр Калмана. Новизна запропонованої роботи полягає у поданні модельної еталонної адаптивної системи оцінки швидкості прямого бездатчикового управління моментом, модифікованої для асинхронного електроприводу. Еталонна адаптивна система моделі формується з магнітним потоком ротора та оціненим вектором струму статора. Методи. Еталонна модель використовує вимірюваний вектор струму. З іншого боку, модель, що регулюється, використовує передбачуваний вектор струму статора. Струм оцінюється шляхом вирішення рівнянь стану машини. Практична цінність. Переваги запропонованого оцінювача продемонстровані експериментально на тестовій установці, реалізованій на платі dSPACE DS1104 у різних умовах експлуатації. Експериментальні результати свідчать про ефективність запропонованої методики оцінки швидкості. Експериментальні результати показують ефективність запропонованого методу оцінки швидкості в областях номінальних швидкостей та реверсивних швидкостей, а також хороші результати щодо отриманих похибок оцінки швидкості вимірювання
Особливості роботи імпульсних регуляторів в режимі передавання максимальної потужності, за наявності акумулятора на їх виході
Get PDFIntroduction. For the efficient use of non-traditional and renewable sources of electrical energy, it is necessary to ensure their operation at the maximum power point, which is possible if the load resistance is equal to the output resistance of the source. To match the load resistance with the output impedance of the source, a matching switching regulator is connected between the source and the load. Very often, the amount of energy received from such sources depends on external conditions. To ensure a uniform supply of electrical energy to the load, a battery operating in buffer mode is connected at the output of the switching regulator. Problem. In this case, the load of the switching regulator is the battery, and the input impedance of the regulator will perform the role of the load of the power source. This resistance depends on the voltage of the battery, the type of switching regulator and its mode of operation. In such cases, the maximum power extraction mode from the source can be provided by selecting the appropriate operating mode of the switching regulator. The aim of the work is to analyze the conditions and determine the modes under which the transfer of the maximum possible amount of electrical energy from the source to the battery is ensured, as well as the features of the switching regulator in these modes. Methods. For this purpose, the regulating characteristics of step-up and step-down switching regulators were determined and analyzed, taking into account the presence of an accumulator at their output. Taking into account that in the maximum power transmission mode, the output resistance of the source and the load resistance are of the same order of magnitude, when determining the regulating characteristics, the internal resistance of the source was taken into account. Results. As a result of the analysis of the obtained regulating characteristics, the conditions were determined under which the transfer of energy from the source to the battery is ensured, and the parameters of the operating mode of the switching regulator were determined, under which the maximum power will be taken from the source of electrical energy. Novelty. The originality of the work is the consideration of the internal resistance of the source of electrical energy in determining the regulating characteristics of pulse regulators. Practical value. The obtained results made it possible to indicate the appropriate range of battery voltages for different types of pulse regulators, as well as to give practical recommendations for choosing the mode of operation of the pulse regulator depending on its type, as well as the amount of voltage on the battery.Для ефективного використання нетрадиційних та відновлюваних джерел електричної енергії необхідно забезпечувати їх роботу в точці максимальної потужності, що можливо при рівності опору навантаження та вихідного опору джерела. Для узгодження опору навантаження з вихідним опором джерела між джерелом та навантаженням підключають узгоджувальний імпульсний регулятор. Досить часто кількість енергії, що отримують від подібних джерел, залежить від зовнішніх умов. Щоб забезпечити більш рівномірне надходження електричної енергії до навантаження, на виході імпульсного регулятора підключають акумулятор, що працює в буферному режимі. За таких умов навантаженням імпульсного регулятора є акумулятор, а роль навантаження джерела живлення виконуватиме вхідний опір регулятора. Цей опір залежить від величини напруги на акумуляторі, типу імпульсного регулятора та режиму його роботи. У таких випадках режим відбору максимальної потужності джерела може бути забезпечений шляхом вибору відповідного режиму роботи імпульсного регулятора. Метою роботи є аналіз умов та визначення режимів, за яких забезпечується передача від джерела в акумулятор максимально можливої кількості електричної енергії, а також особливостей роботи імпульсного регулятора у зазначеному режимі. З цією метою було визначено та проаналізовано регулювальні характеристики імпульсних регуляторів підвищувального та понижувального типів з урахуванням наявності акумулятора на їх виході. Враховуючи, що у режимі передавання максимальної потужності вихідний опір джерела та опір навантаження є величинами одного порядку, при визначенні регулювальних характеристик враховувався внутрішній опір джерела. В результаті аналізу отриманих регулювальних характеристик було визначено умови, за яких забезпечується передавання енергії від джерела до акумулятора, а також визначено параметри режиму роботи імпульсного регулятора, за яких від джерела електричної енергії буде відбиратися максимальна потужність. Оригінальністю роботи є врахування внутрішнього опору джерела електричної енергії при визначенні регулювальних характеристик імпульсних регуляторів. Одержані результати дали можливість вказати доцільний діапазон напруг акумулятора для різних типів імпульсних регуляторів, а також дати практичні рекомендації щодо вибору режиму роботи імпульсного регулятора у залежності від його типу, а також величини напруги на акумуляторі
Analysis and testing of internal combustion engine driven linear alternator
Get PDFIntroduction. Internal combustion engine technology has been considered for the alternator system in the last two decades. Especially when considering fuel diversity, reliability, portability, power density, research studies are increasing day by day. In this respect, interest has been focused on linear generator studies. Purpose. The goal of the research is to investigate the performance of a linear generator and its application to generate electrical energy from an internal combustion engine to solve the range problem of small electric powered vehicles. The generator, unlike a traditional generator, consists of a linear generator with a crank mechanism driven by an internal combustion engine. Originality. The configuration of the linear generator with internal combustion engine crank has not previously been reported. Methods. The numerical solution of the generator was carried out by the finite element method in the Ansys Maxwell software in a cylindrical coordinate system. The effect of stroke length and frequency on voltage and output power was investigated by monitoring an external electrical load. A prototype linear generator has been designed and produced considering the sizing dimensions. The configuration can be used in power-hungry applications and increase the range of small electric vehicles. Results. The results from simulation and practice are largely in agreement. Practical value. A practical mechanical system was built comprising a linear generator connected to a 2.2 kW internal combustion engine via a crank connecting rod for analysis.Вступ. Останні два десятиліття розглядалася техніка двигуна внутрішнього згоряння для системи генератора змінного струму. Особливо з урахуванням різноманітності видів палива, надійності, портативності, питомої потужності кількість досліджень зростає з кожним днем. У зв’язку з цим інтерес був зосереджений на дослідженнях лінійних генераторів. Мета. Метою дослідження є аналіз продуктивності лінійного генератора та його застосування для вироблення електроенергії від двигуна внутрішнього згоряння для вирішення проблеми запасу ходу малих електромобілів. Генератор, на відміну від традиційного, складається з лінійного генератора з кривошипно-шатунним механізмом, що рухається двигуном внутрішнього згоряння. Оригінальність. Про конфігурацію лінійного генератора з кривошипом двигуна внутрішнього згоряння раніше не повідомлялося. Методи. Чисельне рішення генератора проводилося методом скінченних елементів у програмі Ansys Maxwell в циліндричної системі координат. Вплив довжини та частоти ходу на напругу та вихідну потужність досліджували шляхом моніторингу зовнішнього електричного навантаження. З урахуванням габаритних розмірів розроблено та виготовлено прототип лінійного генератора. Конфігурація може використовуватися в енергоємних застосуваннях і збільшувати запас ходу невеликих електромобілів. Результати. Результати моделювання та з практики переважно збігаються. Практична цінність. Для аналізу було побудовано практичну механічну систему, що складається з лінійного генератора, з’єднаного з двигуном внутрішнього згоряння потужністю 2,2 кВт через шатун кривошипу
Cascade sliding mode maximum power point tracking controller for photovoltaic systems
Get PDFIntroduction. Constant increases in power consumption by both industrial and individual users may cause depletion of fossil fuels and environmental pollution, and hence there is a growing interest in clean and renewable energy resources. Photovoltaic power generation systems are playing an important role as a clean power electricity source in meeting future electricity demands. Problem. All photovoltaic systems have two problems; the first one being the very low electric-power generation efficiency, especially under low-irradiation states; the second resides in the interdependence of the amount of the electric power generated by solar arrays and the ever changing weather conditions. Load mismatch can occur under these weather varying conditions such that maximum power is not extracted and delivered to the load. This issue constitutes the so-called maximum power point tracking problem. Aim. Many methods have been developed to determine the maximum power point under all conditions. There are various methods, in most of them based on the well-known principle of perturb and observe. In this method, the operating point oscillates at a certain amplitude, no matter whether the maximum power point is reached or not. That is, this oscillation remains even in the steady state after reaching the maximum power point, which leads to power loss. This is an essential drawback of the previous method. In this paper, a cascade sliding mode maximum power point tracking control for a photovoltaic system is proposed to overcome above mentioned problems. Methodology. The photovoltaic system is mainly composed of a solar array, DC/DC boost converter, cascade sliding mode controller, and an output load. Two sliding mode control design strategies are joined to construct the proposed controller. The primary sliding mode algorithm is designed for maximum power point searching, i.e., to track the output reference voltage of the solar array. This voltage is used to manipulate the setpoint of the secondary sliding mode controller, which is used via the DC-DC boost converter to achieve maximum power output. Results. This novel approach provides a good transient response, a low tracking error and a very fast reaction against the solar radiation and photovoltaic cell temperature variations. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in the presence of environmental disturbances.Вступ. Постійне збільшення енергоспоживання як промисловими, так і індивідуальними користувачами може призвести до виснаження запасів викопного палива та забруднення навколишнього середовища, тому зростає інтерес до чистих та відновлюваних джерел енергії. Фотоелектричні системи виробництва електроенергії відіграють важливу роль як екологічно чисте джерело електроенергії для задоволення майбутніх потреб в електроенергії. Проблема. Усі фотоелектричні системи мають дві проблеми; по-перше, дуже низька ефективність вироблення електроенергії, особливо в умовах низького опромінення; друга полягає у взаємозалежності кількості електроенергії, що виробляється сонячними батареями, та постійно мінливих погодних умов. У цих погодних умовах, що змінюються, може відбутися невідповідність навантаження, так що максимальна потужність не буде витягнута і передана в навантаження. Ця проблема є так званою проблемою відстеження точки максимальної потужності. Мета. Було розроблено безліч методів визначення точки максимальної потужності за будь-яких умов. Існують різні методи, здебільшого засновані на відомому принципі збурення та спостережень. У цьому методі робоча точка коливається з певною амплітудою, незалежно від того, досягнуто точку максимальної потужності чи ні. Тобто це коливання залишається навіть у стійкому стані після досягнення точки максимальної потужності, що призводить до втрати потужності. Це значний недолік попереднього способу. У цій статті для подолання вищезазначених проблем пропонується каскадне керування відстеженням точки максимальної потужності в режимі ковзання для фотоелектричної системи. Методологія. Фотоелектрична система в основному складається з сонячної батареї, перетворювача постійного струму, що підвищує, каскадного контролера ковзного режиму та вихідного навантаження. Дві стратегії проєктування керування ковзним режимом об'єднані для побудови пропонованого контролера. Алгоритм первинного ковзного режиму призначений для пошуку точки максимальної потужності, тобто для відстеження вихідної опорної напруги сонячної батареї. Ця напруга використовується для управління уставкою вторинного контролера ковзного режиму, який використовується через перетворювач постійного струму, що підвищує, для досягнення максимальної вихідної потужності. Результати. Цей новий підхід забезпечує хорошу перехідну характеристику, низьку помилку відстеження та дуже швидку реакцію на сонячне випромінювання та коливання температури фотогальванічного елемента. Результати моделювання демонструють ефективність пропонованого підходу за наявності збурень довкілля