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
Optimization of fractional PI controller parameters for enhanced induction motor speed control via indirect field-oriented control
Get PDFIntroduction. Induction Motors (IM) possess advantages such as stability, reliability, and ease of control, making them suitable for many purposes; the literature elucidates control methodologies for IM drives, primarily focusing on scalar and vector control techniques; the conventional method utilized in manufacturing is scalar control, which unfortunately demonstrates optimal performance solely in steady-state conditions. The absence of significant instantaneous torque control restricts flux and dissociated torque, resulting in subpar dynamic responsiveness. Indirect Field Oriented Control (IFOC) for IM drives has proven beneficial for various industrial applications, particularly electric vehicle propulsion. The primary advantages of this approach include the decoupling of torque and flux characteristics and its straightforward implementation. The novelty of the work consists of a proposal for a driving cycle model for testing the control system of electric vehicles in Mosul City (Iraq), and using a Complex Fractional Order Proportional Integral (CFOPI) controller to control IMs via IFOC strategies, the Artificial Bee Colony (ABC) algorithm was applied, which is considered to be highly efficient in finding the values of controllers. Purpose. Improvement IFOC techniques for the regulation of IM speed. Methods. Using the ABC algorithm in tuning the two unique CFOPI controller, and a Real Fractional Order Proportional Integral (RFOPI) controller, to regulate the speed of a three-phase IM via IFOC techniques. Results. The CFOPI controller outperforms the RFOPI controller in obtaining the best performance in controlling the IM. Practical value. The CFOPI controller demonstrates superiority over the RFOPI controller, as evidenced by the lower integral time absolute error in motor speed tracking during the driving cycle 2.1004 for the CFOPI controller compared to 2.1538 for the RFOPI controller. References 27, tables 5, figures 4.Вступ. Асинхронні двигуни (АД) мають такі переваги, як стабільність, надійність і легкість керування, що робить їх придатними для багатьох цілей; література пояснює методології керування приводами АД, головним чином зосереджуючись на методах скалярного та векторного керування; звичайний метод, який використовується у виробництві, – це скалярне керування, яке, на жаль, демонструє оптимальну продуктивність лише в стаціонарних умовах. Відсутність значного миттєвого контролю крутного моменту обмежує потік і дисоційований крутний момент, що призводить до низької динамічної чутливості. Непряме поле-орієнтоване керування (IFOC) для приводів АД, довело свою користь для різноманітних промислових застосувань, зокрема для двигунів електромобілів. Основні переваги цього підходу включають відокремлення характеристик крутного моменту та потоку та його пряме впровадження. Новизна роботи полягає в пропозиції моделі циклу водіння для тестування системи керування електромобілями в місті Мосул (Ірак), і використання контролера комплексного дробового порядку пропорційного інтегралу (CFOPI) для керування АД за допомогою стратегій IFOC, було застосовано алгоритм штучної бджолиної колонії (ABC), який вважається високоефективним у пошуку значень контролерів. Мета. Удосконалення методики IFOC для регулювання швидкості АД. Методи. Використання алгоритму ABC для налаштування двох унікальних контролерів CFOPI та контролера реального дробового порядку пропорційного інтегралу (RFOPI) для регулювання швидкості трифазного АД за допомогою методів IFOC. Результати. Контролер CFOPI перевершує контролер RFOPI в отриманні найкращої продуктивності в управлінні АД. Практична цінність. Контролер CFOPI демонструє перевагу над контролером RFOPI, про що свідчить менша абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна під час циклу руху 2.1004 для контролера CFOPI порівняно з 2.1538 для контролера RFOPI. Бібл. 27, табл. 5, рис. 4
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications
Get PDFIntroduction. Polymeric insulators, first developed in the 1950s, have since seen substantial advancements in both design and manufacturing, making them increasingly appealing to users and manufacturers in the electrical industry. Extensive testing in both laboratory and outdoor environments has consistently demonstrated that polymeric insulators outperform traditional porcelain and glass counterparts. Among the various polymeric materials, silicone rubber (SiR) has emerged as one of the most promising candidates for high-voltage insulators. Its superiority is attributed to a unique combination of properties, including a non-conductive chemical structure, high dielectric strength, and excellent resistance to scaling. To further enhance these properties, SiR is often combined with fillers to form composite materials. These SiR composites are at the forefront of advanced high-voltage insulation systems, offering improved mechanical, thermal, and electrical performance. As a result, they not only meet the rigorous demands of high-voltage applications but also provide a significantly extended service life. Goal. This study aims to enhance the dielectric and thermal properties of SiR by incorporating micron-sized silicon dioxide (SiO2) filler. Methodology. SiR-based composite samples were prepared by incorporating micron-sized SiO2 at weight fractions of 10 %, 20 %, 30 %, and 40 % of the total composition. Initially, the samples were heated to specific temperatures (25°C, 60°C, 80°C, and 100°C) before undergoing dielectric strength testing to evaluate their performance under varying thermal conditions. Additionally, the samples were subjected to thermal aging for durations of 10, 20, and 30 minutes at the same temperatures before dielectric strength assessment. The results indicated that increasing the filler concentration enhanced the dielectric strength of the SiR/SiO2 composites. The highest breakdown voltage was observed at a filler concentration of 30 %. Practical value. Incorporating micron-sized SiO2 filler into the SiR matrix enhanced the composite's resistance to thermal stress. Compared to SiR-based composites with varying SiO2 concentrations, pure SiR exhibited the lowest dielectric strength. References 48, tables 5, figures 8.Вступ. Полімерні ізолятори з моменту розробки в 1950-х роках значно удосконалилися як у проєктуванні, так і у виробництві, що робить їх все більш привабливими для користувачів та виробників електротехнічної продукції. Великі випробування як у лабораторних, так і промислових умовах демонструють, що полімерні ізолятори переважають традиційні порцелянові і скляні аналоги. Серед різних полімерних матеріалів силіконовий каучук (SiR) став найперспективнішим матеріалом для високовольтних ізоляторів. Його перевага пояснюється унікальним поєднанням властивостей, включаючи непровідну хімічну структуру, високу діелектричну міцність та відмінну стійкість до утворення накипу. Для подальшого покращення цих властивостей, SiR часто поєднують з наповнювачами для формування композитних матеріалів. Ці композити SiR знаходяться на передньому краї сучасних систем високовольтної ізоляції, пропонуючи покращені механічні, теплові та електричні характеристики. В результаті вони не тільки відповідають жорстким вимогам високовольтних застосувань, а й забезпечують значно більший термін служби. Метою дослідження є покращення діелектричних та теплових властивостей SiR шляхом включення наповнювача діоксиду кремнію (SiO2) мікронного розміру. Методологія. Зразки композиту SiR були приготовлені шляхом включення різних вагових відсотків мікронного розміру SiO2 відповідно 10 %, 20 %, 30 % та 40 % від загальної ваги. Потім діелектрична міцність цих зразків була оцінена за чотирьох температур: 25 °C, 60 °C, 80 °C і 100 °C для оцінки ефективності ефекти в різних умовах. Крім того, зразки старіли протягом 10, 20 і 30 хвилин при тих же температурах перед випробуванням. Результати досліджували вплив термічної поведінки на характеристики напруги пробою композитів SiR, зістарених у різний час і за різних температур. Результати показують, що збільшення концентрації наповнювача збільшує діелектричну міцність SiR композитів. Найкраща пробивна напруга досліджених зразків була отримана при концентрації наповнювача 30 %. Практична цінність. Додавання наповнювача SiO2 мікронного розміру в матрицю SiR підвищує опір полімерних композитів термічним механічним напругам. У порівнянні з SiR, завантаженим SiO2 у різних концентраціях, чистий SiR має найнижчу діелектричну міцність. Бібл. 48, табл. 5, рис. 8
Improve of the direct torque control strategy applied to a multi-phase interior permanent magnet synchronous motor using a super twisting sliding mode algorithm
Get PDFIntroduction. Conventional direct torque control (DTC) is a superior control strategy for managing the torque of a five-phase interior permanent magnet synchronous motor (FP-IPMSM). Nevertheless, the DTC’s switching frequency results in large flux and torque ripples, which produce acoustic noise and impair control performance. On the other hand, the DTC scheme’s performance when using conventional PI controllers results in high flux and torque ripples, which decreases the system’s robustness. Goal. This work aims to use a modern variable structure control of the DTC scheme based on a super twisting algorithm in order to ensure efficient control of multiphase machine, reduce flux and torque ripples, minimize tracking error, and increase robustness against possible disturbances. Scientific novelty. We propose to use super-twisting sliding mode control (STSMC) methods of the DTC based on the space vector modulation (SVM) algorithm of the multiphase motor. Methodology. In order to achieve a decoupled control with higher performance and to ensure stability while handling parameter changes and external disturbances, a STSMC algorithm on the DTC technique incorporating the SVM algorithm was implemented in place of the switch table and PI controller. Results. The suggested STSMC-DTC based SVM approach outperforms the conventional DTC methods in achieving the finest performance in controlling the FP-IPMSM drive. Practical value. The merits of the proposed DTC technique of FP-IPMSM are demonstrated through various tests. The suggested STSMC-DTC approach reduces flux and torque ripples by roughly 50 % and 60 %, respectively, in comparison to the conventional DTC strategy. Furthermore, the proposed technique of FP-IPMSM control method is made to provide robust performance even when machine parameters change. References 24, table 2, figures 8.Вступ. Традиційне пряме управління моментом (DTC) є чудовою стратегією управління крутним моментом п’ятифазного синхронного двигуна з внутрішніми постійними магнітами (FP-IPMSM). Однак, частота перемикання при DTC призводить до великих пульсацій потоку та моменту, які створюють акустичний шум та погіршують характеристики керування. З іншого боку, ефективність схеми DTC при використанні традиційних ПІ-регуляторів призводить до великих пульсацій потоку та моменту, що знижує надійність системи. Мета. Робота спрямована на використання сучасного управління змінною структурою схеми DTC, заснованої на алгоритмі суперскручування, для забезпечення ефективного управління багатофазною машиною, зменшення пульсацій потоку та моменту, мінімізації помилки стеження та підвищення стійкості до можливих перешкод. Наукова новизна. Запропоновано використовувати методи керування ковзним режимом суперскручування (STSMC) з DTC, засновані на алгоритмі просторово-векторної модуляції (SVM) багатофазного двигуна. Методологія. Для досягнення розв’язаного управління з більш високою продуктивністю та забезпечення стабільності при обробці змін параметрів та зовнішніх збурень, було реалізовано алгоритм STSMC на основі DTC, що включає алгоритм SVM, замість таблиці перемикання та ПІ-регулятора. Результати. Запропонований STSMC-DTC підхід на основі SVM перевершує традиційні DTC методи у досягненні найкращої продуктивності при керуванні приводом FP-IPMSM. Практична цінність. Переваги запропонованого DTC методу для FP-IPMSM продемонстровані в ході різних випробувань. Запропонований підхід STSMC-DTC знижує пульсації потоку і крутного моменту приблизно на 50 % і 60 % відповідно в порівнянні з традиційною DTC стратегією. Крім того, запропонований метод керування FP-IPMSM розроблений для забезпечення надійної роботи навіть за зміни параметрів машини. Бібл. 24, табл. 2, рис. 8
Застосування методу еквівалентування багатошарового ґрунту при визначенні нормованих параметрів заземлювального пристрою
No full textIntroduction. Normalized parameters of the grounding system, such as touch voltage and resistance, are critically important for ensuring electrical safety and reliability of power plants and substations. The complexity of the multi-layered soil structure makes it difficult to determine mentioned parameters. This is due to the fact that real soils on the territory of energy facilities of Ukraine have three or more layers, and the specified parameters are determined by software with two-layer calculation models. Therefore, the need to provide multilayer geoelectric structures into equivalence two-layer models for practical application is an urgent task. Goal. Determination of the application limits of the multilayer soils equivalence method based on the calculating results analysis of the grounding system normalized parameters. Methodology. The study considered a three-layer model for four soil types (A, H, Q, K) common in Ukraine. The calculations were performed using the LiGro software package, which is based on the method of integro-differential equations, applied to the analytical solution of the problem of the electric field potential of a point current source in a three-layer conducting half-space. As a criterion for the possibility of applying the equivalence method, a relative error value of 10 % was chosen when determining the normalized parameters of a grounding system of the given topology and soil type. When determining the error, the calculation results in the original three-layer soil structure for the given topology of the grounding system were taken as the true value. The results show that the effectiveness of equivalent technique significantly depends on the type of soil and the area of the grounding system. In particular, for soil type A, replacing the upper and middle layers with the equivalent first layer (the lower layer with the second) provides a smaller error in the calculations of the grounding resistance than representing the upper layer as the first, and the middle and lower layers as the second equivalent layer. At the same time, there is a tendency for the error to decrease with increasing area of the object: from 225 m2 to 14400 m2, for the first case, the error decreased from –14.6 % to –2.6 %, and for the second case, it changed from –9.3 % to 14.6 %, respectively. Originality. For the first time, the results of the methodical error evaluation of the equivalence techniques of multilayered soils of different types when calculating the normalized parameters of grounding system are presented. Practical value. Determination of the conditions and limits of the use of the equivalence method when calculating the normalized parameters of grounding system by software complexes can be used in the design of new or reconstruction of existing energy facilities of Ukraine. References 20, tables 5, figures 4.Вступ. Нормовані параметри заземлювального пристрою, такі як напруга дотику та опір, є критично важливими для забезпечення електричної безпеки та надійності роботи електростанцій та підстанцій. Складність багатошарової структури ґрунту створює проблеми для визначення вказаних параметрів. Це обумовлено тим, що реальні ґрунти на території енергооб’єктів України мають три і більше шарів, а нормовані параметри визначаються програмними засобами з двошаровими розрахунковими моделями. Тому необхідність еквівалентування багатошарових геоелектричних структур у двошарові моделі для практичного застосування є актуальною задачею. Мета. Визначення меж застосування методу еквівалентування багатошарових ґрунтів на основі аналізу результатів розрахунку нормованих параметрів заземлювального пристрою. Методологія. У дослідженні розглянуто тришарову модель для чотирьох типів ґрунту (A, H, Q, K), поширених в Україні. Розрахунки виконано за допомогою програмного комплексу LiGro, який базується на методі інтегро-диференційних рівнянь, застосованому для аналітичного вирішення задачі про потенціал електричного поля точкового джерела струму в тришаровому провідному напівпросторі. В якості критерію можливості застосування методу еквівалентування обрано величну відносної похибки в 10 % при визначенні нормованих параметрів заземлювального пристрою заданої топології та типу ґрунту. При визначенні похибки за істинне значення приймались результати розрахунку у вихідній тришаровій структурі ґрунту для заданої топології заземлювального пристрою. Результати демонструють, що ефективність методу еквівалентування суттєво залежить від типу ґрунту та площі системи заземлення. Зокрема, для ґрунту типу А заміна верхнього та середнього шару еквівалентним першим шаром (нижнього – другим), забезпечує меншу похибку розрахунків опору заземлення, ніж представлення верхнього шару в якості першого, а середнього та нижнього – другого. При цьому спостерігається тенденція до зменшення похибки від –14,6 % до –2,6 % зі зростанням площі об’єкту від 225 м2 до 14400 м2. Оригінальність. Вперше представлено результати оцінки похибки методу еквівалентування багатошарових ґрунтів різних типів при розрахунку нормованих параметрів заземлювальних пристроїв. Практична цінність. Визначення умов та меж застосування методу еквівалентування при розрахунку нормованих параметрів заземлювальних пристроїв програмними комплексами може бути використано при проєктуванні нових або реконструкції існуючих енергооб’єктів України. Бібл. 20, табл. 5, рис. 4
Determination of parameters of an autonomous source of a constant magnetic field for a portable electromagnetic-acoustic transducer
Get PDFPurpose. Determination of rational parameters of an autonomous source of constant magnetic field, ensuring the efficiency of using portable electromagnetic-acoustic transducers (EMAT) for diagnostics of remote ferromagnetic objects. Methodology. An analysis of the parameters of an autonomous magnetic field source consisting of a permanent magnet and a ferromagnetic screen magnetizing a ferromagnetic object with a flat surface, providing a central magnetic field along the magnet axis above 0.3 T, was carried out. Results. The results of experimental studies on a sample of an autonomous source, which contained 6 sections of a permanent magnet made of NeFeB ceramics with dimensions of 50´50´10 mm3, correspond to the results of calculating the magnetic field on the surface of a ferromagnetic sample with an error of up to 9 %. Experimental studies were carried out for EMAT with two magnetic field sources containing rectangular permanent magnets of the same height but different widths. Novelty. It has been established that in order to select rational parameters of an autonomous source of magnetic field, it is necessary to use an integral criterion that takes into account the magnetic field in the surface layer of a ferromagnetic object, the magnetic scattering field, the volume of a permanent magnet, which determines the mass and size indicators and cost of the source, and the force of attraction to the ferromagnetic object. Practical value. For portable EMAT, increasing the magnetic field in a remote ferromagnetic object either by increasing the volume of a permanent magnet or by decreasing the air gap between the magnetic field source and the ferromagnetic object provides increased EMAT efficiency by increasing the ratio of the amplitude of the received ultrasonic bottom pulses to the noise amplitude. References 27, figures 14.Мета. Визначення раціональних параметрів автономного джерела постійного магнітного поля, які забезпечують ефективність використання портативних електромагнітно-акустичних перетворювачів (ЕМАП) для діагностики віддалених феромагнітних об’єктів. Методологія. Проведено аналіз параметрів автономного джерела магнітного поля, що складається з постійного магніту та феромагнітного екрана, що намагнічує феромагнітний об’єкт з плоскою поверхнею, забезпечуючи центральне магнітне поле вздовж осі магніту понад 0,3 Тл. Результати експериментальних досліджень на зразку автономного джерела, який містив 6 секцій постійного магніту з кераміки NeFeB розмірами 50´50´10 мм3, відповідають результатам розрахунку магнітного поля на поверхні феромагнітного зразка з похибкою до 9 %. Експериментальні дослідження були проведені для EMAП з двома джерелами магнітного поля, що містять прямокутні постійні магніти однакової висоти, але різної ширини. Новизна. Встановлено, що для вибору раціональних параметрів автономного джерела магнітного поля необхідно використовувати інтегральний критерій, який враховує магнітне поле в поверхневому шарі феромагнітного об’єкта, магнітне поле розсіювання, об’єм постійного магніту, який визначає масогабаритні показники та вартість джерела, силу притягання до феромагнітного об’єкта. Практична значимість. Портативний ЕМАП забезпечує збільшення відношення амплітуд інформаційних донних імпульсів до шуму шляхом нарощування об’єму його постійного магніту та зменшення повітряного зазору між джерелом магнітного поля і феромагнітним об’єктом. Бібл. 27, рис. 14
Вплив конструкції обмотки статору синхронно-реактивного генератора на підвищення його енергоефективності
No full textIntroduction. Increasing the energy efficiency of electric generators is a pressing task for various areas of energy, in particular for autonomous systems and transport. Synchronous-reactive generators (SRGs) are becoming increasingly widespread due to their simple design, absence of magnets and mechanical contacts, and high reliability. The task of the proposed work is to study the influence of the design of the double winding of the stator of a SRG on its energy characteristics, determine the optimal parameters of the mutual arrangement of the windings, and develop recommendations for increasing the generator efficiency. Goal. Analysis of the influence of the design of the double winding of the stator of a SRG on the output energy characteristics and determine recommendations when designing this type of electrical machines. Methodology. The analysis was carried out using numerical modeling by the finite element method in the ANSYS Maxwell environment. Various options for the mutual arrangement of the main and excitation windings in the generator stator were considered. Results. The influence of the single-layer and double-layer winding design on the output characteristics of the generator was studied. It was found that a two-layer arrangement with a phase shift of 2 slots provides minimal torque ripple, improves the stability of the generator operation and helps to increase the efficiency to 92.5 %. Scientific novelty. For the first time, the effect of the phase shift of the windings on electromagnetic processes in the SRG has been studied in detail, which allows optimizing its design and improving operational performance. Practical value. The results can be used in the design of new generators with improved characteristics for use in wind power, diesel generator sets and autonomous electrical systems. References 19, table 1, figures 12.Вступ. Підвищення енергоефективності електричних генераторів є актуальною задачею для різних сфер енергетики, зокрема для автономних систем та транспорту. Синхронно-реактивні генератори (СРГ) завдяки простій конструкції, відсутності магнітів та механічних контактів, а також високій надійності набувають все більшого поширення. Задача даної роботи полягає у дослідженні впливу конструкції подвійної обмотки статора СРГ на його енергетичні характеристики, визначенні оптимальних параметрів взаємного розташування обмоток та розробці рекомендацій для підвищення ефективності генератора. Мета. Аналіз впливу конструкції подвійної обмотки статора СРГ на вихідні енергетичні характеристики та визначення рекомендацій при проєктуванні такого типу електричних машин. Методологія. Аналіз проводився за допомогою чисельного моделювання методом скінченних елементів у середовищі ANSYS Maxwell. Розглянуто різні варіанти взаємного розташування головної та збуджуючої обмоток у статорі генератора. Результати. Досліджено вплив одношарової та двошарової конструкції обмотки на вихідні характеристики генератора. Встановлено, що двошарове розташування з фазовим зміщенням на 2 пази забезпечує мінімальні пульсації крутного моменту, покращує стабільність роботи генератора та сприяє підвищенню ККД до 92,5 %. Наукова новизна. Вперше детально досліджено вплив фазового зміщення обмоток на електромагнітні процеси в СРГ, що дозволяє оптимізувати його конструкцію та покращити експлуатаційні показники. Практична значимість. Результати можуть бути використані при проєктуванні нових генераторів з покращеними характеристиками для застосування у вітроенергетиці, дизельних генераторних установках та автономних електричних системах. Бібл. 19, табл. 1, рис. 12
Global maximum power point tracking method for photovoltaic systems using Takagi-Sugeno fuzzy models and ANFIS approach
Get PDFIntroduction. A new global maximum power point tracking (GMPPT) control strategy for a solar photovoltaic (PV) system, based on the combination of Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models and an ANFIS, is presented. The novelty of this paper lies in the integration of T-S fuzzy models and the ANFIS approach to develop an efficient GMPPT controller for a PV system operating under partial shading conditions. Purpose. The new GMPPT control strategy aims to extract maximum power from the PV system under varying weather conditions or partial shading. Methods. An ANFIS algorithm is used to determine the maximum voltage, which corresponds to the actual maximum power point, based on PV voltage and current. Next, the nonlinear model of the PV system is employed to design the T-S fuzzy controller. A reference model is then derived based on the maximum voltage. Finally, a tracking controller is developed using the reference model and the T-S fuzzy controller. The stability of the overall system is evaluated using Lyapunov’s method and is represented through linear matrix inequalities expressions. The results clearly demonstrate the advantages of the proposed GMPPT-based fuzzy control strategy, showcasing its high performance in effectively reducing oscillations in various steady states of the PV system, ensuring minimal overshoot and a faster response time. In addition, a comparative analysis of the proposed GMPPT controller against conventional algorithms, such as Incremental Conductance, Perturb & Observe and Particle Swarm Optimization, shows that it offers a fast dynamic response in finding the maximum power with significantly less oscillation around the maximum power point. References 20, tables 3, figures 14.Вступ. Представлена нова глобальна стратегія відстеження точки максимальної потужності (GMPPT) для сонячної фотоелектричної (PV) системи, заснована на комбінації нечітких моделей Такагі-Сугено (T-S) і ANFIS. Новизна статті полягає в інтеграції нечітких моделей T-S і підходу ANFIS для розробки ефективного контролера GMPPT для PV системи, що працює в умовах часткового затінення. Мета. Нова стратегія контролю GMPPT спрямована на отримання максимальної потужності від PV системи за змінних погодних умов або часткового затінення. Методи. Алгоритм ANFIS використовується для визначення максимальної напруги, яка відповідає фактичній точці максимальної потужності, на основі PV напруги та струму. Далі нелінійна модель PV системи використовується для розробки нечіткого контролера T-S. Потім на основі максимальної напруги виводиться еталонна модель. Нарешті, контролер стеження розроблено з використанням еталонної моделі та нечіткого контролера T-S. Стійкість системи в цілому оцінюється за допомогою методу Ляпунова і представляється у вигляді лінійних матричних нерівностей. Результати чітко демонструють переваги запропонованої стратегії нечіткого керування на основі GMPPT, демонструючи її високу продуктивність щодо ефективного зменшення коливань у різних сталих станах PV системи, забезпечуючи мінімальне перерегулювання та швидший час відгуку. Крім того, порівняльний аналіз пропонованого контролера GMPPT із звичайними алгоритмами, такими як Incremental Conductance, Perturb and Observe та Particle Swarm Optimization, показує, що він пропонує швидку динамічну реакцію у пошуку максимальної потужності зі значно меншими коливаннями навколо точки максимальної потужності. Бібл. 20, табл. 3, рис. 14
Online detection of phase resistance of switched reluctance motor by sinusoidal signal injection
Get PDFIntroduction. Switched reluctance motors (SRMs) are widely used in various applications due to their simplicity, robustness, and cost-effectiveness. However, the performance of SRMs can be significantly influenced by variations in their phase resistance, especially under high current and saturated conditions. Accurate knowledge of this parameter is crucial for optimal control and efficient operation. Problem. During operation, SRM parameters, particularly phase resistance, can vary considerably. These variations pose challenges to control strategies that rely on precise parameter values, leading to potential inefficiencies and degraded performance. There is a need for an effective method to monitor and identify these changes in real-time. Goal. This paper aims to develop and validate a method for the online detection and identification of phase resistance in SRMs. The method should work under varying operational conditions without requiring additional hardware, thereby maintaining the system's simplicity and cost-effectiveness. Methodology. The proposed method injects a sinusoidal signal into the inactive phase of the SRM using Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) via the main converter. The phasor method is then applied to determine the impedance of the phase circuit, from which the phase resistance can be identified. This approach eliminates the need for extra circuits, making it an efficient solution. Results. Simulations were conducted to evaluate the proposed method. The results demonstrate that the method can accurately track the variation in phase resistance under different operational conditions, validating its effectiveness. Originality. The originality of this work lies in its innovative use of the phasor method combined with SPWM for online phase resistance detection in SRMs, without the need for additional hardware components. Practical value. This method provides a practical solution for real-time phase resistance identification in SRMs, enhancing the reliability and performance of control strategies in various industrial applications. References 17, table 1, figures 6.Вступ. Вентильні реактивні двигуни (SRMs) широко використовуються в різних сферах завдяки своїй простоті, надійності та економічній ефективності. Однак на продуктивність SRMs можуть суттєво впливати зміни їх фазового опору, особливо в умовах сильного струму та насичення. Точне знання цього параметра має вирішальне значення для оптимального управління та ефективної роботи. Проблема. Під час роботи параметри SRM, зокрема фазовий опір, можуть значно змінюватися. Ці зміни створюють проблеми для стратегій управління, які покладаються на точні значення параметрів, що призводить до потенційної неефективності та погіршення продуктивності. Існує необхідність ефективного методу моніторингу та ідентифікації цих змін у режимі реального часу. Метою статті є розробка та перевірка методу онлайн-виявлення та ідентифікації фазового опору у SRMs. Метод повинен працювати в різних робочих умовах без необхідності використання додаткового обладнання, тим самим зберігаючи простоту та економічну ефективність системи. Методологія. Пропонований метод вводить синусоїдальний сигнал у неактивну фазу SRM за допомогою синусоїдальної широтно-імпульсної модуляції (SPWM) через головний перетворювач. Потім застосовується метод векторів визначення імпедансу фазового кола, з якого можна визначити опір фази. Такий підхід усуває потребу у додаткових колах, що робить його ефективним рішенням. Результати. Для оцінки запропонованого методу було здійснено моделювання. Результати показують, що метод може точно відслідковувати зміну опору фази у різних робочих умовах, підтверджуючи його ефективність. Оригінальність цієї роботи полягає в інноваційному використанні методу векторів у поєднанні з SPWM для визначення опору фази в режимі реального часу SRMs без необхідності використання додаткових апаратних компонентів. Практична цінність. Цей метод забезпечує практичне рішення для визначення опору фази SRMs в реальному часі, підвищуючи надійність і продуктивність стратегій управління в різних промислових застосуваннях. Бібл. 17, табл. 1, рис. 6
Electromechanical processes during the start of induction-type magnetic levitation
Get PDFPurpose. A study of induction-type magnetic levitation by determining the electromechanical processes that occur when a stationary inductor is connected to an alternating voltage source and the levitation of an anchor made in the form of a multi-turn short-circuited winding with an attached load. Methodology. Using a mathematical model describing an inductor and an anchor with concentrated parameters, solutions are presented for equations describing the interconnected electrical, magnetic, mechanical and thermal processes that occur in induction-type magnetic levitation. Results. The influence of the frequency of the alternating current source on the electromechanical processes of levitation, which occur at different parameters of the anchor, is established. Due to the phase delay of the induced anchor current in relation to the inductor current, an electrodynamic force directed downwards arises at certain moments of their period. The total force acting on the anchor, due to the electrodynamic component, is of an alternating nature with a predominance of the positive, upwardly directed component, which causes pulsations of the anchor speed. Originality. The force acting on the anchor due to the electrodynamic component is of an alternating nature with the positive component directed upwards dominating. The resulting oscillatory damping mechanical process occurs with an increase in the oscillation period and a decrease in its amplitude. Practical value. It has been established that the maximum value of the lifting force acting on the anchor is achieved at an alternating current frequency in the range from 75 to 125 Hz, and the highest value of the steady-state levitation height is realized for an anchor similar to an inductor at a frequency of 75 Hz. References 37, figures 6.Мета. Дослідження магнітної левітації індукційного типу шляхом визначення електромеханічних процесів, що виникають при підключенні нерухомого індуктора до джерела змінної напруги та левітації якоря виконаного у вигляді багатовиткової короткозамкненої обмотки з приєднаним навантаженням. Методологія. За допомогою математичної моделі, яка описує індуктор та якір із зосередженими параметрами, представлені рішення рівнянь, що описують взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні та теплові процеси, що виникають у магнітній левітації індукційного типу. Результати. Встановлено вплив частоти джерела змінного струму на електромеханічні процеси левітації, що виникають за різних параметрів якоря. Через фазову затримку індукованого струму якоря по відношенню до струму індуктора в певні моменти їх періоду виникає електродинамічна сила спрямована вниз. Сумарна сила, що діє на якір, через електродинамічний складник, носить знакозмінний характер з переважанням позитивної, спрямованої вгору складової, що обумовлює пульсації швидкості якоря. Оригінальність. Діюча на якір сила через електродинамічну складову носить знакозмінний характер з переважанням позитивної, спрямованої вгору складової. Виникаючий при цьому коливально загасаючий механічний процес відбувається зі збільшенням періоду коливань та зменшенням його амплітуди. Практична цінність. Встановлено, що максимальна підйомна сила, що діє на якір, досягається при частоті змінного струму в діапазоні від 75 до 125 Гц, а найбільша висота левітації, що встановилася, реалізується для якоря, аналогічного індуктору, при частоті 75 Гц. Бібл. 37, рис. 6
Simplified method for analytically determining the external magnetostatic field of uncertain extended technical objects based on near-field measurements
Get PDFIntroduction. An important scientific and technical problem of magnetism of uncertain extended energy-saturated objects - such as naval vessels and submarines is implementation of strict requirements for magnetic silence based on mathematical modeling of magnetic field, adequate to its real measurements. The purpose of the work is to develop a simplified analytical method for determining the external magnetostatic field of extended technical objects with uncertain magnetic field sources based on near-field measurement data using spherical and spheroidal sources in a Cartesian coordinate system. Methodology. Forward problems of magnetostatics solved based on developed method of analytical calculation of magnetostatic field induction of spherical and spheroidal sources in Cartesian coordinate system based on near-field measurements. Geometric inverse problems of magnetostatics for solving prediction and control problems of magnetic silence of technical object calculated based on vector games solution. Both vector games payoff calculated as forward problems solutions Wolfram Mathematica software package used. Results. The results of prediction of magnetic field magnitude in far zone of extended technical objects based on designed multispheroidal magnetic field model in form of spatial elongated spheroidal harmonics in prolate spheroidal coordinate system and in form of multispherical magnetic field model in form of spatial spherical harmonics in spherical coordinate system using measurements near field and taking into account magnetic characteristics uncertainty of extracted technical objects. Originality. For the first time, a method of simplifying the mathematical modeling of the magnetic field of an uncertain long energy- saturated object developed based on development and application of method of analytical calculation of induction of magnetostatic fields of spherical and spheroidal sources in the Cartesian coordinate system. Unlike known methods developed method allows modeling magnetic field directly in Cartesian coordinate system based on near-field measurements without finding magnetic induction projection in prolate spheroidal coordinate system and in spherical coordinate system without their translation from prolate spheroidal coordinate system and in spherical coordinate system in Cartesian coordinate system and vice versa. Practical value. The possibility of a more than 10 times calculation time reduction of magnetic field induction of magnetic field elongated spheroidal sources and the possibility of a more than 4 times calculation time reduction of magnetic field induction of magnetic field spherical sources when magnetic field calculating of uncertain extended energy-saturated object based on development and application of analytical calculation method of magnetostatic field induction of spherical and spheroidal sources in the Cartesian coordinate system based on near-field measurements shown. References 50, tables 2, figures 4.Проблема. Важливою науково-технічною проблемою магнетизму невизначених протяжних енергонасичених об’єктів таких як військово-морські судна та підводні човни є реалізація жорстких вимог «магнітної тиші» на основі математичного моделювання магнітного поля, адекватного його реальним вимірюванням. Метою роботи є розробка спрощеного аналітичного методу визначення зовнішнього магнітостатичного поля протяжних технічних об’єктів з невизначеними джерелами магнітного поля на основі даних вимірів в ближній зоні з використанням сферичних та сфероїдальних джерел в декартовій системі координат. Методологія. Прямий метод проблеми магнітостатики вирішується на основі розробленого методу аналітичного розрахунку індукції магнітостатичного поля сферичних та сфероїдальних джерел в декартовій системі координат на основі вимірювань ближнього поля. Геометричні обернені задачі магнітостатики для вирішення проблем передбачення і контролю магнітної тиші технічного об'єкта обчислюються на основі розв'язання векторних ігор. Виграші обох векторних ігор обчислюються як рішення прямої проблеми з використанням програмного пакету Wolfram Mathematica. Результати. Результатом прогнозування є величини віддаленого магнітного поля протяжних технічних об’єктів на основі спроектованої мультисфероїдальної моделі магнітного поля в вигляді просторових витягнутих сфероїдальних гармонік в витягнутій сфероїдній системі координат, та в вигляді мультисферичної моделі магнітного поля в вигляді просторових сферичних гармонік у сферичній системі координат з використанням вимірювань ближнього поля з врахуванням невизначеності магнітних характеристик витягнутих технічних об’єктів. Оригінальність. Вперше розроблено метод спрощення математичного моделювання магнітного поля невизначеного протяжного енергонасиченого об’єкта на основі розробки та застосування методу аналітичного розрахунку індукції магнітостатичного поля сферичних та сфероїдальних джерел в декартовій системі координат. На відміну від відомих методів, розроблений метод дозволяє моделювати магнітне поле безпосередньо в декартовій системі координат на основі вимірювань ближнього поля без знаходження проекції магнітної індукції в витягнутій сфероїдальній системі координат та в сферичній системі координат без їх переводу із витягнутій сфероїдальній системі координат, та із сферичної системи координат, в декартову систему координат, чи навпаки. Практична цінність. Показана можливість скорочення, більше ніж у 10 разів, часу розрахунку індукції магнітного поля витягнутих сфероїдальних джерел магнітного поля, та можливість зменшення, більше ніж в 4 рази, часу розрахунку індукції магнітного поля сферичних джерел магнітного поля при обчисленні магнітного поля невизначеного протяжного енергонасиченого об'єкта на основі розробки та застосування методу аналітичного розрахунку індукції магнітостатичного поля сферичних і сфероїдальних джерел в декартовій системі координат на основі вимірювань ближнього поля. Бібл. 50, табл. 2, рис. 4