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
Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
Get PDFIntroduction. A DC-DC buck converter plays a crucial role in industrial applications by efficiently stepping down voltage levels to power various electronic components and systems. However, controlling a buck converter is challenging due to its inherently nonlinear behavior. This paper presents a novel fuzzy tracking control approach for the buck converter, based on the combination of time-discrete Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models and the concept of virtual desired variables (VDVs). Originality. This paper introduces an innovative fuzzy tracking control that integrates time-discrete T-S models and VDVs concept to develop an efficient digital controller. Goal. The proposed fuzzy control strategy aims to regulate the output voltage regardless of sudden change in setpoint, load variation and change in input voltage. Methodology. The proposed control strategy aims to regulate the output voltage of a DC-DC buck converter. The design starts with a discrete T-S fuzzy controller based on the nonlinear model of the buck converter. A nonlinear tracking controller is developed using a virtual reference model that incorporates the VDVs concept. System stability is analyzed via Lyapunov’s method and expressed through linear matrix inequalities. Results. Simulation tests under varying conditions validate the accuracy and effectiveness of the controller in achieving superior voltage tracking performance. Comparative analysis with a conventional PID controller highlights faster dynamic response and better tracking, showcasing the advantages of the proposed approach. Practical value. The practical value of this research lies in the development of a robust voltage control strategy for DC-DC buck converters and the establishment of reliable and efficient electrical systems using discrete-time fuzzy T-S control. This work also opens up the prospect for future implementation in experimental prototypes. References 30, table 2, figures 7.Вступ. Понижуючий DC-DC перетворювач відіграє важливу роль у промисловості, ефективно знижуючи рівні напруги живлення різних електронних компонентів і систем. Однак управління понижуючим перетворювачем є складним завданням через його початковий нелінійний характер. У статті представлено новий підхід до управління нечітким відстеженням для понижуючого перетворювача, заснований на поєднанні дискретних за часом нечітких моделей Такагі-Сугено (T-S) та концепції бажаних віртуальних змінних (VDV). Оригінальність. У статті наведено інноваційний підхід до управління нечітким відстеженням, який поєднує дискретні за часом моделі T-S та концепцію VDV для розробки ефективного цифрового контролера. Мета. Запропонована стратегія нечіткого управління спрямована на регулювання вихідної напруги незалежно від раптової зміни уставки, зміни навантаження та зміни вхідної напруги. Методологія. Запропонована стратегія управління спрямована на регулювання вихідної напруги понижуючого DC-DC перетворювача. Проєктування починається з дискретного нечіткого контролера T-S на основі нелінійної моделі знижувального перетворювача. Нелінійний контролер відстеження розроблено з використанням віртуальної еталонної моделі, що включає концепцію VDV. Стійкість системи аналізується за допомогою методу Ляпунова та виражається через лінійні матричні нерівності. Результати. Тести моделювання в різних умовах підтверджують точність та ефективність контролера у досягненні високої продуктивності відстеження напруги. Порівняльний аналіз із традиційним PID-регулятором підкреслює швидшу динамічну реакцію та краще відстеження, демонструючи переваги запропонованого підходу. Практична цінність цього дослідження полягає у розробці надійної стратегії управління напругою для понижуючих DC-DC перетворювачів та створення надійних та ефективних електричних систем з використанням дискретного часу нечіткого управління T-S. Ця робота також відкриває перспективи майбутньої реалізації у експериментальних прототипах. Бібл. 30, табл. 2, рис. 7
Single-phase power shunt active filter design using photovoltaic as reactive power compensator
Get PDFIntroduction. The rapid production of electronic equipment circulating and used by the public has resulted in a decline in the power quality in the power system. The goal of the article is to build a parallel active filter for reactive power compensation in a single-phase power system using photovoltaic (PV) as the input DC link voltage for the inverter through simulation modeling using MATLAB/Simulink. Methods. The method used is to design a parallel active filter modeling for a single-phase electrical network that serves loads in the form of AC DC converters with inductive recessive and capacitive recessive loads using MATLAB/Simulink. Results. The simulation results show that the total harmonic distortion (THD) value of the system before being screened is 37.93 % for inductive resistive loads and 18.77 % for capacitive resistive loads, and after going through screening the THD value can drop significantly by 0.35 % for inductive resistive loads and 1.45 % for resistive capacitive loads. Practical value. PV systems can be used as power generators to provide a voltage of 800 V on a single-phase parallel active power filter using a voltage source inverter. References 30, table 2, figures 11.Вступ. Швидке виробництво електронного обладнання, яке використовується населенням, призвело до зниження якості електроенергії в енергосистемі. Метою статті є побудова паралельного активного фільтра для компенсації реактивної потужності в однофазній енергосистемі з використанням фотоелектричних (PV) елементів як вхідної напруги постійного струму для інвертора за допомогою імітаційного моделювання з використанням MATLAB/Simulink. Методи. Використовуваний метод полягає у розробці моделювання паралельного активного фільтра для однофазної електричної мережі, яка обслуговує навантаження у вигляді перетворювачів змінного струму у постійний з індуктивними рецесивними і ремісивними ємнісними навантаженнями з використанням MATLAB/Simulink. Результати моделювання показують, що значення повного гармонійного спотворення (THD) системи перед екрануванням становить 37,93 % для індуктивних резистивних навантажень і 18,77 % для ємнісних резистивних навантажень, а після проходження екранування значення THD може значно знизитися на 0,35 % для індуктивних резистивних навантажень і 1,45 % для резистивних ємнісних навантажень. Практична цінність. PV системи можуть використовуватися як генератори енергії для забезпечення напруги 800 В на однофазному паралельному активному фільтрі потужності з використанням інвертора напруги. Бібл. 30, табл. 2, рис. 11
Аналіз енергетичних характеристик транзисторного генератора імпульсів у процесі електроіскрового диспергування струмопровідних гранульованих середовищ
No full textIntroduction. Studies of electrophysical and technological aspects of electric discharge in reaction chambers with granular metal loading to obtain its highly dispersed states have been conducted for many decades, however, the power sources of electric spark dispersion installations today remain mainly classical in terms of the method of generating current pulses on the electric spark load. The main problem of using powerful current pulse generators and reaction chambers with a plane-parallel electrode system is to imitate the principle of the thermo-explosive mechanism of developing an electrical breakdown of dense intergranular gaps, which leads to deterioration of the dispersion of the eroded material, and the use of smaller energy ranges (<1 J) in such installations is complicated by the electrophysical limitations of the existence of plasma channels and the loss of energy efficiency of the electric spark treatment process. Goal. Research on the energy efficiency of the electric spark dispersion process of heterogeneous conductive granular media in a reaction chamber with a cylindrical electrode system, provided that it is powered by a transistor pulse generator. Results. Specific energy consumption in the process of electric spark dispersion of aluminum and titanium granules was determined, which correlate with the average power consumption indicators of processing depending on their bulk volume within a certain configuration of the electrode system. Scientific novelty. The flow of current through ohmic contacts until the formation of the main discharge in the intergranular volumes of the reaction chamber causes a voltage drop across the inductance of the discharge circuit, which accordingly reduces the amplitude of the applied voltage to the interelectrode gap, due to which the maximum of the average power consumption characteristic of the transistor pulse generator, which occurs before the beginning of the saturation section of the effective frequency curve of the discharge pulses, corresponds to the most consistent mode of energy input into the electric spark load. The practical value of the considered model of the electric discharge installation proves the feasibility of its use for the tasks of electric spark treatment of conductive granular media. References 21, tables 2, figures 7.Вступ. Дослідження електрофізичних і технологічних аспектів електричного розряду в реакційних камерах з гранульованим металевим завантаженням для одержання його високодисперсних станів ведуться вже на протязі багатьох десятиліть, проте джерела живлення установок електроіскрового диспергування на сьогодні залишаються переважно класичними щодо способу генерації імпульсів струму в електроіскрове навантаження. Основною проблемою використання формувачів потужних імпульсів струму та реакційних камер з плоско-паралельною системою електродів є наслідування принципу термовибухового механізму розвинення електричного пробою щільних міжгранульних проміжків, що призводить до псування дисперсності еродованого матеріалу, а використання менших діапазонів енергій (<1 Дж) у таких установках ускладняється через електрофізичні обмеження існування плазмових каналів та втрату енергоефективності процесу електроіскрової обробки. Мета. Дослідження енергоефективності процесу електроіскрового диспергування гетерогенних струмопровідних гранульованих середовищ у реакційній камері з циліндричною системою електродів за умови її живлення від транзисторного генератора імпульсів. Результати. Проведено порівняльний аналіз поведінки характеристик середньої споживаної потужності транзисторного генератора імпульсів в залежності від насипного об’єму завантаження та діаметру зовнішнього електрода реакційної камери для металевих гранул з різною величиною їх міжконтактного активного опору до утворення у середовищі ланцюжків наскрізної провідності. Визначені питомі енергозатрати у процесі електроіскрового диспергування алюмінієвих та титанових гранул, що корелюють з показниками середньою споживаною потужністю обробки в залежності від їх насипного об’єму у межах певної конфігурації електродної системи. Наукова новизна. Присутність струму крізь контактний опір до формування основного розряду у міжгранульних об’ємах реакційної камери викликає падіння напруги на індуктивності розрядного контуру, що відповідно зменшує амплітуду прикладеної напруги до міжелектродного проміжку, через що максимум характеристики середньої споживаної потужності транзисторного генератора імпульсів, який виникає до початку ділянки насичення кривої ефективної частоти розрядних імпульсів відповідає найбільш погодженому режиму введення енергії в електроіскрове навантаження. Практична значимість отриманих результатів розглянутої моделі електророзрядної установки доказує доцільність її використання для задач електроіскрової обробки струмопровідних гранульованих середовищ. Бібл. 21, табл. 2, рис. 7
Enhanced siting and sizing of distributed generation in radial distribution networks under load demand uncertainty using a hybrid metaheuristic framework
Get PDFIntroduction. Constant changes in electrical system loads lead to increased power losses and voltage drops, requiring effective strategies to improve grid performance amid changing power demands. Problem. Many studies assume constant loads when determining optimal locations for distributed generation (DG) units, when in reality, loads change throughout the day. These changes affect network performance and require efficient solutions that adapt to changes in loads demand to maintain system efficiency and stability. Goal. This research aims to optimize the locations and sizes of DG units to reduce power losses and optimize voltage profile, taking into account changes in loads hourly over a 24-hour period. Methodology. The study analyzes 24 hourly scenarios using 2 optimization techniques: the conventional particle swarm optimization (PSO) algorithm and the hybrid-dynamic PSO algorithm. A multi-objective function is adopted to reduce power losses and improve voltage profile at the same time. Results. The modified IEEE 33 bus system was used to verify the effectiveness of the proposed method. The hybrid-dynamic PSO algorithm has shown superior performance in reducing active and reactive losses compared to the traditional algorithm. It also contributed to a significant improvement in the voltage profile, demonstrating its high efficiency in dealing with changes in loads demand during time. Scientific novelty of this work lies in the integration of hourly load changes into the process of allocating DG units and using a hybrid-dynamic PSO algorithm that combines the benefits of PSO traditional and adaptation mechanisms, leading to realistic and more efficient improvement. Practical value. This methodology enhances the performance of the smart grid by reducing power losses and voltage deviation under daily load, ultimately reducing operational costs and improving grid reliability. References 28, tables 4, figures 10.Вступ. Постійні зміни навантаження електросистеми призводять до збільшення втрат потужності та падіння напруги, що вимагає розробки ефективних стратегій для підвищення продуктивності мережі в умовах змінного попиту на електроенергію. Проблема. У багатьох дослідженнях щодо оптимального розташування установок розподіленої генерації (DG) передбачається наявність статичних навантажень, хоча насправді навантаження змінюються впродовж дня. Ці зміни впливають на продуктивність мережі та потребують динамічних рішень, що адаптуються до змін навантаження у часі для підтримки ефективності та стабільності системи. Мета. Дане дослідження спрямоване на оптимізацію розташування та розмірів DG установок для зниження втрат потужності та оптимізації профілю напруги з урахуванням щогодинних змін навантаження протягом 24 годин. Методологія. У дослідженні аналізуються 24-годинні сценарії з використанням двох методів оптимізації: традиційного алгоритму оптимізації роєм часток (PSO) та гібридно-динамічного алгоритму PSO. Для зниження втрат потужності та одночасного покращення профілю напруги використовується багатоцільова функція. Результати. Для перевірки ефективності запропонованого методу використовувалася система шин IEEE 33. Гібридно-динамічний алгоритм PSO продемонстрував високу ефективність зниження активних і реактивних втрат порівняно з традиційним алгоритмом. Це також сприяло значному покращенню профілю напруги, продемонструвавши його високу ефективність за умов зміни навантаження у часі. Наукова новизна роботи полягає в інтеграції погодинних змін навантаження у процес розподілу DG установок та використання гібридно-динамічного алгоритму PSO, що поєднує переваги традиційних механізмів PSO та механізмів адаптації, що призводить до реалістичного та ефективнішого покращення. Практична цінність. Дана методологія підвищує продуктивність інтелектуальної мережі за рахунок зниження втрат електроенергії та відхилення напруги при добовому навантаженні, що знижує експлуатаційні витрати та підвищує надійність мережі. Бібл. 28, табл. 4, рис. 10
The complex influence of external and internal electricity networks on the magnetic field level in residential premises of buildings
Get PDFThe problem of determining the complex influence of a group of electricity networks (external electricity networks, built-in transformer substations, cable electric heating systems, etc.) on the magnitude of the summary magnetic field (MF) in a residential premise of a building has not been sufficiently researched. This results in an overestimation of the assess the magnitude of the summary MF, generated by the group of electricity networks, as well as to the use of technical measures to reduce this MF, which have excessive efficiency and are accompanied by excessive expenses. The goal of the work is to investigate of the complex influence of external and internal electricity networks on the MF level in residential premises of buildings and definition of conditions, which provide the minimum necessary limitations on the MF flux density of individual electricity networks, at which the summary level of MF in residential premises, does not exceed the normative level of 0.5 μT. The methodology of determining the complex influence of the group of electricity networks on the level of MF in residential premises is based on the Biot-Savart’s law and the principle of superposition and allows determining the functional dependence between the instantaneous values of currents in electricity networks, their geometrical and physical parameters, and the summary effective value of MF flux density in the premise. Scientific novelty. For the first time, the methodology for determining the complex influence of the group of external and internal electricity networks on the level of MF in residential premises is proposed. Practical significance. The implementation of the proposed methodology will allow to reduce the calculated coefficient of normalization of the MF of individual electricity networks by 25–50 %, which, in turn, will contribute to the reduction of economic costs for engineering means of normalizing the summary MF in residential premises, caused by the influence of the group of electricity networks. References 56, tables 4, figures 8.Проблема визначення комплексного впливу групи електромереж (зовнішніх електромереж, вбудованих трансформаторних підстанцій, систем кабельного електрообігріву тощо) на величину сумарного магнітного поля (МП) в житловому приміщенні будинку не достатньо досліджена. Це призводить до завищеної оцінки величини сумарного МП, що створюється группою електромереж, а також до застосування технічних заходів зі зменшення цього МП, які мають надмірну ефективність і супроводжуються зайвими витратами. Метою роботи є дослідження комплексного впливу зовнішніх та внутрішніх електромереж на рівень МП в житлових приміщеннях будинків, та визначення умов, які забезпечують мінімально необхідні обмеження індукції МП окремих електромереж, за яких сумарний рівень МП в житлових приміщеннях не перевищує нормативний рівень 0,5 мкТл. Методика визначення комплексного впливу групи електромереж на рівень МП в житлових приміщеннях базується на законі Біо-Савара та принципі суперпозиції і дозволяє визначити функціональну залежність між миттєвими значеннями струмів в електромережах, їх геометричними і фізичними параметрами, та сумарним діючим значенням індукції МП в приміщенні. Наукова новизна. Вперше запропоновано методологію визначення комплексного впливу групи зовнішніх і внутрішніх електромереж на рівень МП в житлових приміщеннях. Практична значимість. Впровадження запропонованої методології дозволить зменшити розрахунковий коефіцієнт нормалізації МП окремих електромереж на 25–50 %, що, у свою чергу, сприятиме зменшенню економічних витрат на інженерні засоби нормалізації сумарного МП у житлових приміщеннях, зумовленого впливом групи електромереж. Бібл. 56, табл. 4, рис. 8
Application perturb and observe maximum power point tracking with interconnection and damping assignment passive-based control for photovoltaic system using boost converter
Get PDFIntroduction. Power generation from renewable sources, such as photovoltaic (PV) power, has become increasingly important in replacing fossil fuels. A PV system’s maximum power point (MPP) moves along its power-voltage curve in response to environmental changes. Despite the use of maximum power point tracking (MPPT) algorithms, the displacement of the MPP results in a decrease in PV system performance. Problem. Perturb & Observe (P&O) MPPT algorithm is a simple and effective algorithm, it can suffer from some drawbacks, such as oscillations around the MPP, slow tracking of rapid changes in irradiance, and reduced efficiency under temperature variation condition. The new MPPT control strategy for a solar PV system, based on passivity control, is presented. The goal of this study is to enhance the efficiency and stability of MPPT in PV systems by integrating the P&O algorithm with Interconnection and Damping Assignment Passivity-Based Control (IDA-PBC). Methodology. The new MPPT P&O PBC strategy aims to extract maximum power from the PV system in order to improve its efficiency under some conditions such as the variations of the temperature, the irradiation and the load. IDA-PBC is employed to design a Lyapunov asymptotically stable controller using the Hamiltonian structural properties of the open-loop model of the system. Also, with minimization of the energy dissipation in boost converter of the PV system to illustrate the modification of energy and generate a specify duty cycle applied to the converter. The results with MATLAB clearly demonstrate the advantages of the proposed MPPT P&O PBC, showcasing its high performance in effectively reducing oscillations in various steady states of the PV system, ensuring minimal overshoot and a faster response time. Scientific novelty. Key contributions include methodological improvements such as dynamic adjustment of the cycle for boost converter and a new approach to partner selection, which significantly optimizes the algorithm’s performance. Practical value. A comparative analysis of the proposed MPPT controller against conventional algorithms shows that it offers a fast dynamic response in finding the maximum power with significantly less oscillation around the MPP. References 46, tables 2, figures 13.Вступ. Генерація електроенергії з відновлюваних джерел, таких як фотоелектричні (PV) системи, набуває все більшого значення як заміна викопного палива. Точка максимальної потужності (MPP) PV системи зміщується вздовж кривої залежності потужності від напруги в залежності від навколишнього середовища. Незважаючи на використання алгоритмів відстеження точки максимальної потужності (MPPT), зсув MPP призводить до зниження продуктивності PV системи. Проблема. MPPT алгоритм Perturb & Observe (P&O) є простим і ефективним алгоритм, але він може мати недоліки, такі як коливання біля MPP, повільне відстеження швидких змін освітленості та зниження ефективності в умовах коливань температури. Представлено нову стратегію управління MPPT для сонячної PV системи, засновану на пасивному управлінні. Метою дослідження є підвищення ефективності та стабільності MPPT у PV системах шляхом інтеграції алгоритму P&O з пасивним керуванням на основі міжз’єднання та призначення демпфування (IDA-PBC). Методологія. Нова стратегія MPPT P&O PBC спрямована на отримання максимальної потужності з PV системи для підвищення її ефективності в певних умовах, таких як коливання температури, випромінювання та навантаження. IDA-PBC використовується для розробки асимптотично стійкого регулятора Ляпунова з використанням гамільтонових структурних властивостей моделі системи з відкритим контуром. Також, з мінімізацією розсіювання енергії у підвищувальному перетворювачі PV системи, щоб проілюструвати зміну енергії та сформувати заданий робочий цикл, що застосовується до перетворювача. Результати, отримані в MATLAB, показали переваги запропонованої стратегії MPPT P&O PBC, демонструючи її високу ефективність щодо зниження коливань у різних стаціонарних станах PV системи, забезпечуючи мінімальне перерегулювання та швидший час відгуку. Наукова новизна. Ключові досягнення включають методологічні удосконалення, такі як динамічне налаштування циклу для підвищувального перетворювача, і новий підхід до вибору партнерів, що значно оптимізує продуктивність алгоритму. Практична цінність. Порівняльний аналіз MPPT-контролера з традиційними алгоритмами показує, що він забезпечує швидкий динамічний відгук при пошуку максимальної потужності зі значно меншими коливаннями біля MPP. Бібл. 46, табл. 2, рис. 13
Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
Get PDFIntroduction. Brushless DC (BLDC) motor is a type of permanent magnet synchronous motor that operates without brushes employed in many applications owing to its efficiency and control in electric cars. One of the main reasons BLDC motors are better than brushed DC motors is that they employ an electronic commutation circuit instead of a mechanical one. The fractional order sliding mode controller (FOSMC) was used, which is characterized by high durability and is not affected by the disturbances that the motor is exposed to during operation, as well as overcoming the chattering phenomenon present in the conventional sliding mode controller (CSMC). The novelty of the proposed work consists of to use FOSMC by genetic algorithm (GA) to mitigate the chattering phenomena in sliding mode control (SMC) for optimal response for speed control and regeneration braking control in BLDC motor by using single stage by voltage source inverter and decrease energy use during motor starting. Purpose. Improvement FOSMC techniques for the regulation of BLDC motor’s driving control system. Methods. Employing the GA to optimize the parameters of FOSMC to mitigate the chattering phenomenon in SMC to regulate BLDC motor’s driving control system. Results. A comparison was made between two types of sliding controllers to obtain the best performance of the control system in speed control operations and motor braking operations, the FOSMC, through parameter optimization via the GA, surpasses the CSMC in achieving optimal performance in driving the BLDC motor. Practical value. FOSMC exhibits superiority over the CSMC, as indicated by the reduced integral time absolute error in motor speed tracking and regenerative brake control, with values of (0.028, 0.046, and 0.075) for the FOSMC, in contrast to (2.72, 1.56, and 0.17) for the CSMC, the overshoot for FOSMC is (0, 0, and 11.4), but for CSMC it is (60.4, 43.7, and 11.2). During braking mode for FOSMC, the power recovery from the motor to the battery was (1.96, 9, and 17.76), but in CSMC, it was (0.99, 4.49, and 11.98). Moreover, the braking length was expedited, and the battery’s initial power consumption diminished at the outset. References 32, tables 5, figures 6.Вступ. Безщітковий двигун постійного струму (BLDC) – це тип синхронного двигуна з постійним магнітом, який працює без щіток і використовуються в багатьох сферах застосування завдяки своїй ефективності та контролю в електромобілях. Одна з головних причин, чому BLDC двигуни кращі за щіткові двигуни постійного струму, полягає в тому, що вони використовують електронну схему комутації замість механічної. Використовувався контролер режиму ковзання дробового порядку (FOSMC), який характеризується високою довговічністю та не залежить від збурень, яким піддається двигун під час роботи, а також подолав явище вібрації, присутнє у звичайному контролері режиму ковзання (CSMC). Новизна запропонованої роботи полягає у використанні FOSMC за допомогою генетичного алгоритму (GA) для пом’якшення явища вібрації в управлінні режимом ковзання (SMC) для оптимальної реакції для керування швидкістю та керування регенераційним гальмуванням у BLDC двигуні за допомогою одноступінчатого інвертора джерела напруги і зменшити споживання енергії під час запуску двигуна. Призначення. Удосконалення методів FOSMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Методи. Використання GA для оптимізації параметрів FOSMC для пом’якшення явища вібрації в SMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Результати. Проведено порівняння між двома типами ковзних контролерів для отримання найкращої продуктивності системи керування в операціях регулювання швидкості та операцій гальмування двигуна. FOSMC, завдяки оптимізації параметрів через GA, перевершує CSMC у досягненні оптимальної продуктивності в керуванні BLDC двигуном. Практична цінність. FOSMC демонструє перевагу над CSMC, на що вказує зменшена абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна та управлінні рекуперативним гальмом зі значеннями (0,028, 0,046 і 0,075) для FOSMC, на відміну від (2,72, 1,56 і 0,17) для CSMC, перевищення для FOSMC становить (0, 0 і 11.4), але для CSMC це (60.4, 43.7 і 11.2). Під час режиму гальмування для FOSMC відновлення потужності від двигуна до батареї було (1,96, 9 і 17,76), але в CSMC воно було (0,99, 4,49 і 11,98). Крім того, довжина гальмування була прискорена, а початкове енергоспоживання батареї зменшилося на початку. Бібл. 32, табл. 5, рис. 6
Вплив паразитних ємностей на точність масштабного перетворення високовольтних подільників напруги
Get PDFPurpose. The aim of this work is the determination of the parasitic capacitance’s influence on the accuracy of scale transformation of high-voltage dividers. Analyzing the possibilities of reducing such influence is a pressing problem for high voltage measurement, especially at high frequency range of input voltage. Methodology. Mathematical modeling of the voltage divider equivalent circuit, considering parasitic capacitances and inductances has been performed in the QUCS circuit simulator software under sinusoidal alternating current conditions in the range from 100 Hz to 1 MHz. Using the FEMM software, the finite element method was used to simulate the density distribution of capacitive currents in the module with capacitance graded insulation of the high-voltage arm of the voltage divider. Results. The results of the calculations show that the percentage of parasitic capacitive currents decreases exponentially depending on the ratio of the outer radii of the shielding disks to the distance between them. However, even with the outer radii of the shielding disks of about 3 m, capacitive currents still make up about 1 % of the total current flowing in the measuring circuit of the voltage divider. Instead of increasing outer radii, it is proposed to use high-voltage capacitance graded insulation between the shielding disks. As a result, a stable error of large-scale voltage transformation was obtained when the values of parasitic capacitances change, and it is proposed to manufacture the high-voltage arm of the voltage divider from the same type of high-voltage modules. Originality. The results of modeling the dependence of the accuracy of the voltage divider scale transformation on the ratio of the structural elements geometric parameters of its high-voltage arm were obtained. The solution has been proposed that involves changing the design of the high-voltage arm of the voltage divider, which significantly reduces the dependence of its scale transformation error on significant changes in the parasitic capacitances of the structure components on grounded surfaces. Practical value. The results of mathematical modeling of the characteristics of the voltage divider high-voltage arm make it possible to design, for the purpose of serial production, the same type of high-voltage modules for assembling on-site broadband voltage dividers for any nominal voltage, which will have the possibility of integration into Smart Grid systems. References 23, tables 1, figures 8.В роботі розглянуто вплив будови високовольтного плеча подільника напруги на його характеристики. Для забезпечення зменшення впливу паразитних ємностей конструктивних елементів на зосереджені елементи активної частини та на зовнішні об’єкти досліджено методи екранування зосереджених елементів. Математичним моделюванням визначено вплив співвідношення геометричних параметрів конструкційних елементів високовольтного плеча на похибку масштабного перетворення напруги в області високих частот. В результаті моделювання обрано спосіб екранування зосереджених елементів активної частини подільника напруги з використанням багатошарової ізоляції конденсаторного типу, яка забезпечує стабільність похибки масштабного перетворення напруги в широкому діапазоні частот. Запропоновані зміни в будові високовольтного плеча дозволяють перейти на модульну будову подільника напруги і перейти до його серійного виробництва. Бібл. 23, табл. 1, рис. 8
Розрахунок характеристик гібридної енергосистеми з паралельно включеними асинхронним генератором і AC/DC перетворювачем
Get PDFHybrid power supply systems (HPSSs) are considered as a good option for electric power supply of remotely located from the grid consumers due to significant fuel savings compared to diesel sets. Quick development and improvement of HPSSs may be achieved using specialized methodologies and programs. In the paper a schematic diagram is proposed and operation principles of a 400 V / 50 Hz HPSS were developed. The system’s main component is the master generating unit of the hydropower plant using a 250 kW induction generator (IG). The voltage of the system is controlled by the controller of the AC/DC power converter. The electrical frequency of the system is controlled by the speed controller of the hydropower turbine. A wind turbine, an energy storage system and a regulated dump load are connected to the IG through the AC/DC converter. Goal. The paper aims to develop a methodology for steady state performance analysis of the hydraulic turbine driven isolated IG operating in parallel through an AC/DC power converter with additional sources and consumers of active power. Methodology. The methodology for evaluation of performance characteristics of the IG operating in the proposed system has been developed. The methodology is based on the equivalent circuit of the system, equations of active and reactive power balance in the system and the superposition method. Results. The equations of frequency, voltage and power regulators of the system are given. The performance characteristics of the IG operating in the system supplying resistive and RL load in «constant voltage – constant frequency» mode are obtained. Novelty. The developed methodology is innovative in taking into account the control algorithms of the system. The comparative analysis of the IG’s performance operating in the stand-alone generating unit and in the generating unit connected to the proposed system is performed. Practical value. The developed methodology can be used for development and performance improvement of hybrid AC power systems.Гібридні системи електропостачання (ГСЕ) розглядаються як хороший варіант для електропостачання віддалених від мережі споживачів завдяки значній економії палива порівняно з дизель-агрегатами. Швидка розробка і вдосконалення ГСЕ можуть бути досягнуті за допомогою спеціалізованих методик і програм. В статті запропоновано схемне рішення та розроблено принципи роботи ГСЕ промислової напруги і частоти 400 В / 50 Гц. Система побудована на основі ведучого гідроелектроагрегата з асинхронним генератором (АГ) потужністю 250 кВт. Стабілізація напруги системи забезпечується силовим AC/DC перетворювачем, а стабілізація електричної частоти системи – регулятором частоти обертання гідротурбіни. Вітроустановка, накопичувач енергії і регульоване баластне навантаження підключаються до АГ через AC/DC перетворювач. Метою роботи є розробка методики розрахунку характеристик автономного АГ з гідротурбінним приводом, що працює паралельно через AC/DC перетворювач з додатковими джерелами та споживачами активної потужності. Розроблено методику розрахунку характеристик АГ запропонованої системи. Розроблена методика базується на основі еквівалентної схеми заміщення системи, рівнянь балансу активної і реактивної потужності та методу накладання. Наведено рівняння регуляторів частоти, напруги і потужності системи. З допомогою розробленої методики виконано розрахунки характеристик АГ за активного і активно-індуктивного навантаження споживачів при умові підтримання постійного значення напруги АГ і електричної частоти в системі. Створена методика має новизну в частині врахування алгоритмів керування системою. Проведено аналіз і співставлення характеристик АГ отриманих за його роботи в складі гідроелектроагрегата працюючого автономно і в складі запропонованої системи. Отримані результати можуть бути використані при розробці та для покращення технічних характеристик гібридних систем електропостачання змінного струму
Dspace implementation of real-time selective harmonics elimination technique using modified carrier on three phase inverter
Get PDFIntroduction. In the contemporary world, alternative electrical energy has become an integral part of our daily existence, with the majority of our electrical materials, electronic devices, and industrial equipment relying on this energy source. Consequently, ensuring the quality of the electrical signal obtained is of paramount importance in the process of converting and distributing electrical energy. The improvement of the output voltage inverter can be achieved through adjustments to the inverter structure or by refining the control strategy. The novelty of the presented research lies in an innovative approach that employs real-time modulation for efficient control over the reduction of harmonics, alongside managing the fundamental component. This approach is applicable to both bipolar and unipolar configurations, featuring quarter-wave and half-wave symmetries. Purpose. Employing this modulation strategy aims to enhance the durability of the switching components and enhance the voltage output of the inverter. Methods. The methodology is founded on a sine-sine modulation as its foundational model. It constitutes an inventive pulse width modulation technique in which a reference sinusoidal waveform, operating at the desired signal frequency, is compared to a modified carrier signal with an identical time period as the reference signal. Results. This paper introduces a broader and more comprehensive approach, alongside specific solutions, for the control and mitigation of harmonics in three phase voltage source inverters. The proposed method offers precise control over the reduction of harmonics and the fundamental component, and it can be implemented in extensive power electronic converters. Practical value. To assess the effectiveness of the given control approach, we conducted simulations as well as real-time implementation employing Dspace DS1104 controller board. The outcomes were highly favorable, confirming the effectiveness and validity of the suggested control algorithm. References 15, tables 4, figures 7.Вступ. У сучасному світі альтернативна електрична енергія стала невід’ємною частиною нашого повсякденного існування, і більшість наших електричних матеріалів, електронних пристроїв і промислового обладнання покладаються на це джерело енергії. Отже, забезпечення якості отриманого електричного сигналу має першочергове значення в процесі перетворення та розподілу електричної енергії. Покращення вихідної напруги інвертора може бути досягнуто шляхом коригування структури інвертора або вдосконалення стратегії керування. Новизна представленого дослідження полягає в інноваційному підході, який використовує модуляцію в реальному часі для ефективного контролю над зменшенням гармонік, поряд з керуванням основною компонентою. Цей підхід застосовний як до біполярних, так і до однополярних конфігурацій, що мають чвертьхвильову та напівхвильову симетрію. Мета. Застосування цієї стратегії модуляції спрямоване на підвищення довговічності комутаційних компонентів і підвищення вихідної напруги інвертора. Методи. Методологія базується на синусоїдній модуляції як базовій моделі. Він являє собою метод широтно-імпульсної модуляції за винаходом, у якій опорна синусоїдальна форма хвилі, що працює на бажаній частоті сигналу, порівнюється з модифікованим несучим сигналом з ідентичним періодом часу, що й опорний сигнал. Результати. Ця стаття представляє ширший і комплексний підхід, поряд із конкретними рішеннями, для контролю та пом’якшення гармонік у трифазних інверторах джерел напруги. Запропонований метод пропонує точний контроль над зменшенням гармонік і основної складової, і він може бути реалізований у потужних електронних перетворювачах. Практична цінність. Щоб оцінити ефективність даного підходу до управління, ми провели моделювання, а також реалізацію в реальному часі з використанням плати контролера Dspace DS1104. Результати були дуже сприятливими, підтверджуючи ефективність і валідність запропонованого алгоритму контролю. Бібл. 15, табл. 4, рис. 7