2023 № 5 Електротехніка і Електромеханіка
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ A maximum power point tracking of a photovoltaic system connected to a three-phase grid using a variable step size perturb and observe algorithm(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Zerzouri, Nora; Ben Si Ali, Nadia; Benalia, NadiaThe production of electricity from solar energy is necessary because of the global consumption of this energy. This article's study is based on increased energy extraction by improving maximum power point tracking (MPPT). From different MPPT techniques proposed, the perturb and observe (P&O) technique is developed because of its low implementation cost and ease of implementation. Methods. A modified variable step-size P&O MPPT algorithm is investigated which uses fuzzy logic to automatically adjust step-size to better track maximum power point, compared with the conventional fixed step-size method. The variable step P&O improves the speed and the tracking accuracy. This controller is implemented on a boost DC-DC power converter to track the maximum power point. The suggested controlled solar energy system includes a boost converter, a voltage-source inverter, and a grid filter. The control scheme of a three-phase current-controlled pulse-width modulation inverter in rotating synchronous coordinate d-q with the proposed MPPT algorithm and feed-forward compensation is studied. Results. The photovoltaic grid-connected system controller employs multi-loop control with the filter inductor current of the inverter in the inner loop to achieve a fast dynamic response and the outer loop to control bus voltage for MPPT, the modeling, and control of three phase grid connected to photovoltaic generator is implemented in the MATLAB/Simulink environment and validated by simulation results.Документ Аналіз перетворювача постійного струму, що працює на плазмову дугу(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Верещаго, Євген Миколайович; Костюченко, Віталій Іванович; Новогрецький, Сергій МиколайовичВ роботі проведено аналіз стабілізованого перетворювача постійного струму, що працює на плазмову дугу. Обґрунтовано безперервну модель системи з урахуванням її особливостей. Визначені параметри незмінної частини під час аналізу схеми заміщення замкнутої структури системи електроживлення для дугового навантаження із від'ємним диференціальним опором. Проведені дослідження розімкнутої системи "джерело живлення - дуга". Встановлено, що розглянута схема з вихідними даними, прийнятими в даній статті, має частотний коефіцієнт передачі такого ж виду, що і немінімально-фазова ланка першого порядку. Отримано частотні характеристики вхідного та вихідного опорів перетворювача, навантаженого на дугу.Документ Experimental evaluation of conducted disturbances induced during high frequency switching of active components(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Slimani, Helima; Zeghoudi, Abdelhakim; Bendaoud, Abdelber; Bechekir, SeyfeddinePower electronics devices are among the most widely used equipment in all fields. The increasing performance of these devices makes their electromagnetic interference factor very important. On the other hand, electromagnetic compatibility research is more and more interested in studies on the sources of electromagnetic disturbances, their propagation paths and the methods of reducing these electromagnetic disturbances. The purpose is to study the behavior of the various active power components at high frequency as well as the evaluation of their electromagnetic noise by using simulation and experimental measurement. Methods. In first time, the simulation was realized with the Lt-spice software which presents many advantages in its use and we validate in the second time the results obtained with experimental measurements. We start by study of the behavior of the diode, then the behavior of MOSFET transistor and finally the study of the behavior of the IGBT transistor. Results. All the simulations were performed using the Lt-spice software and the results obtained are validated by experimental measurements performed in the APELEC Laboratory at the University of Sidi Bel-Abbes in Algeria. The waveforms of the current and voltage across each component during its opening are presented. The results of the simulations are compared and validated with the realized measurements in order to better present the influence of the fast switching of semiconductors on the electrical quantities, which causes electromagnetic disturbances in the interconnected electrical system.Документ Моделювання магнітного поля у житлових будинках із вбудованими трансформаторними підстанціями на основі двофазної мультидипольної моделі трифазного струмопроводу(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Розов, Володимир Юрійович; Пєлєвін, Дмитро Євгенович; Кундіус, Катерина ДмитрівнаВбудовані у житлові будинки трансформаторні підстанції (ТП) 10(6)/0,4 кВ створюють у сусідніх житлових приміщеннях магнітне поле з індукцією більш 10 мкТл, що складає небезпеку для здоров'я населення і робить актуальним дослідження цього магнітного поля для розробки методів від його захисту. Основним джерелом зовнішнього магнітного поля ТП є їх низьковольтні струмопроводи, вклад яких в загальний рівень магнітного поля складає більш 90 %. Перспективним методом моделювання магнітного поля ТП є мультидипольні математичні моделі, що мають чітку фізичну інтерпретацію, важливу для подальшої розробки методів захисту населення. Метою роботи є модифікація відомої мультидипольної моделі для розрахунку на її основі з обмеженою похибкою зовнішнього магнітного поля струмопроводів вбудованих трансформаторних підстанцій, що наближені до житлових приміщень на відстань до одного метра. Запропоновано модифіковану двофазну мультидипольну математичну модель основного джерела зовнішнього магнітного поля трансформаторної підстанції – його трифазного низьковольтного струмопроводу, яка на відміну від існуючої моделі ґрунтується на двофазній дипольній моделі трифазного електричного кола і дозволяє вдвічі наблизити розрахункову область без збільшення похибки. Здійснено експериментальну перевірку модифікованої двофазної мультидипольної моделі магнітного поля трифазного струмопроводу ТП 100 кВА на його повномасштабній фізичній моделі та наведені результати експерименту, що підтверджують співпадіння розрахунку і експерименту із розкидом не більш 7 %.Документ Computational analysis method of the electromagnetic field propagation and deformation of conductive bodies(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Lavinsky, D. V.; Zaitsev, Yu. I.The electromagnetic field is an integral attribute of the operation of many technical and technological systems. The action of an electromagnetic field leads to deformation, a change in temperature, a change in the physical properties of the materials. Problem. High-intensity electromagnetic fields can cause such a strong deformation of conductive bodies that it can lead to irreversible shape change or destruction. This fact is used in a class of technological operations: electromagnetic forming. Here, both the workpiece and the equipment are subjected to intense force action. As a result, equipment elements may become inoperable. Goal. Creation of a computational analysis method of the electromagnetic field propagation in systems of conductive bodies and subsequent analysis of deformation. Application of this method to the study of processes in electromagnetic forming systems in order to determine rational operational parameters that provide the result of a technological operation. Methodology. A variational formulation of the problems of an electromagnetic field propagation and deformation of conductive bodies systems is used. Numerical modeling and analysis are performed using the finite element method. Results. In a general form, a system of resolving equations for the values of the vector magnetic potential and displacements is obtained. The influence of the electromagnetic field is taken into account by introducing electromagnetic forces. The results of calculations for a technological system designed for electromagnetic forming of curved thinwalled workpieces are presented. Originality. For the first time, a method of computational analysis is presented, which involves modeling within the framework of one design scheme both the process of electromagnetic field propagation and the process of deformation. Practical significance. The proposed method of computational analysis can be used for various technological systems of electromagnetic forming in order to determine the rational parameters that ensure both the operability of the equipment and the purpose of the technological operation - the necessary shaping of the workpiece.Документ Method for control by orbital spacecraft magnetic cleanliness based on multiple magnetic dipole models with consideration of their uncertainty(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Kuznetsov, B. I.; Nikitina, T. B.; Bovdui, I. V.; Chunikhin, K. V.; Kolomiets, V. V.; Kobylianskyi, B. B.; KolomietsDevelopment of method for control by orbital spacecraft magnetic cleanliness based on multiple magnetic dipole models using compensation of the initial magnetic field with consideration of magnetic characteristics uncertainty. Methodology. Orbital spacecraft multiple magnetic dipole models calculated as solution of nonlinear minimax optimization problem based on near field measurements for prediction orbital spacecraft far magnetic field magnitude. Nonlinear objective function calculated as the weighted sum ofsquared residuals between the measured and predicted magnetic field. Weight matrix calculated as inverse covariance matrix of random errors vector. Values of magnetic moments and coordinates of placement of compensating magnetic dipoles for compensation of the orbital spacecraft initial magnetic field also calculated as solution of nonlinear minimax optimization problem. Both solutions of this nonlinear minimax optimization problems calculated based on particle swarm nonlinear optimization algorithms. Results. Results of prediction spacecraft far magnetic field magnitude based on orbital spacecraft multiple magnetic dipole models using near field measurements and compensation of the initial magnetic field with consideration of orbital spacecraft magnetic characteristics uncertainty for ensuring the orbital spacecraft magnetic cleanliness. Originality. The method for control by orbital spacecraft magnetic cleanliness based on multiple magnetic dipole models using compensation of the initial magnetic field with consideration of magnetic characteristics uncertainty is developed. Practical value. An important practical problem of ensuring orbital spacecraft magnetic cleanliness based on orbital spacecraft multiple magnetic dipole models using near field measurements and compensation of the initial magnetic field with consideration of orbital spacecraft magnetic characteristics uncertainty solved.Документ Електромеханічні та теплофізичні процеси в імпульсному індукційному прискорювачі плазмового утворення(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Коритченко, Костянтин Володимирович; Болюх, Володимир Федорович; Буряковський, Сергій Геннадійович; Кашанський, Юрій Володимирович; Кочерга, Олександр ІвановичРоботи по створенню та метанню плазмових утворень різними способами ведуться в провідних наукових центрах світу. Досягнуто формування плазмового утворення тривалістю декілька мілісекунд та його метання у відкритому атмосферному середовищі на відстань 0,5-0,6 м. Для створення плазми використовують енергію первинного розрядного кола з подальшим прискоренням газоплазмового утворення за допомогою енергії вторинного кола. Плазмове утворення отримують і за рахунок електричного вибуху провідника. Метою статті є теоретичне та експериментальне дослідження електромеханічних та теплофізичних процесів в імпульсному індукційному прискорювачі, який забезпечує формування плазмового утворення за рахунок термічної іонізації в результаті електричного вибуху провідника та метання його у атмосферному середовищі відносно індуктора. Методика. Для аналізу електромеханічних та теплофізичних процесів в імпульсному індукційному прискорювачі плазмового утворення (ІІПП) розроблена і реалізована в програмному пакеті Сomsol Multiphysics математична модель прискорювача, в якій якір не змінює своєї форми і агрегатного стану в процесі роботи та враховує розподілені у просторі параметри. Результати. Розраховані електромеханічні і теплові характеристики прискорювача. Показано, що перевищення температури в якорі, що виконаний у вигляді алюмінієвої фольги, суттєво нерівномірно. Максимальне значення температури має місце в середній частині фольги ближче до зовнішнього краю, причому ця температура значно перевищує температуру кипіння алюмінію. Наукова новизна. Проведені експериментальні дослідження ІІПП, у якого якір виконаний з алюмінієвої та мідної фольги, а індуктор, що підключається до високовольтного ємнісного накопичувача енергії, виконаний у вигляді плоскої дискової спіралі. В процесі роботи ІІПП якір переходить в плазмовий стан і переміщується вертикально вверх, перетворюючись в об’ємний комок, або на скупчення маленьких частинок, які здіймались на декілька метрів відносно індуктора. Експериментально показано характерний круговий контур термічного нагрівання мідноїфольги якоря, яка закріплена на листі склотекстоліту. Практична цінність. Результати експериментальних досліджень з точністю до 15 % співпадають з розрахунковими і показують справедливість концепції ІІПП, в якому за рахунок високої густини індукованого струму в якорі відбувається термічна іонізація в результаті електричного вибуху провідника з переходом його в плазмовий стан. Взаємодія плазмового утворення з магнітним полем індуктора призводить до появи електродинамічної сили, яка забезпечує його переміщення у відкритому атмосферному середовищі на декілька метрів.Документ Determination of the electric field strength of high-voltage substations(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Koliushko, D. G.; Rudenko, S. S.; Tyutyuma, S. O.; Vorobiov, B. V.he electric field strength is one of the main factors influencing sensitive microprocessor equipment and personnel on power stations and substations, power lines. Determining its level is an important applied task for ensuring the safe operation of electrical installations. The aim is to develop calculation relationships for determining the electric field strength created by the busbar of high-voltage substations in the working areas of personnel. The solution of the problem was based on the use of the method of equivalent charges to determine the strength of the electric field created by the complex busbar of high-voltage substations. Methodology. The development was based on solving the problem of the potential of the electric field of a point charge located in a dielectric half-space for a cylindrical coordinate system. By representing the electrode in the form of a set of point charges and subsequent integration, an expression for calculating the potential is obtained, created by a busbar of arbitrary orientation of finite length in an analytical form. Using the principle of superposition of fields and the definition of the derivative, expressions were obtained for calculating the vertical component of the electric field strength at given heights. Results. Based on the obtained expressions, using Visual Basic, the simulation of the distribution of the electric field strength under a three-phase power line with a voltage of 150 kV was performed. Comparison with the known calculation results obtained on the basis of analytical expressions for infinitely long conductors showed that the obtained expressions have an error of no more than 7%. The scientific novelty lies in the fact that for the first time expressions were obtained for determining the electric field strength created by a system of electrodes of finite length, based on the analytical method for solving differential equations. Practical significance. The proposed technique is implemented as a test module of the LiGro specialized software package, which allows modeling complex busbar systems typical for power stations and substations and power lines. A test calculation was carried out for an operating substation of regional electric networks with a voltage class of 110 kV. By comparing the duration of the calculation of switchgears with a diagonal of about 500 m, it was found that the calculation time in the LiGro complex based on the analytical method is several tens of times less than the calculation based on the finite element method. In addition, a more powerful computer was used for the end element simulation.Документ Визначення ймовірності удару блискавки в елементи об'єкта з урахуванням статистичного розподілу сили струму(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Князєв, Володимир ВолодимировичВ роботі розглянуто застосування методу "сфери що котиться" до об'єктів інфраструктури у вигляді території, яка включає будівлі та споруди довільної форми. Запропоновано алгоритм урахування статистичного розподілу ймовірності сили струму блискавки для визначення ймовірності влучення блискавки у елементи об'єкту. Визначено, що не урахування цього аспекту у сучасних нормативних документах, призводить до суттєвих помилок. Такий підхід наддасть можливість оптимізувати схему розміщення блискавкоприймачів під час відновлення об’єктів з урахуванням зеленоїреконструкції.Документ 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(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Djazia, Kamel; Sarra, MustaphaThis 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.Документ Transmission line planning using global best artificial bee colony method(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Desai, Jigneshkumar P.Network expansion, substation planning, generating expansion planning, and load forecasting are all aspects of modern power system planning. The aim of this work is to solve network planning considering both future demand and all equality and inequality constraints. The transmission network design problem for the 6-bus system is considered and addressed using the Global Best Artificial Bee Colony (GABC) method in this research. The program is written in the Matrix Laboratory in MATLAB environment using the proposed methodology. Novelty of the work consist in considering the behavior of bees to find food source in most optimized way in nature with feature of user based accuracy selection and speed of execution selection on any scale of the system to solve Transmission Lines Expansion Problem (TLEP). The proposed method is implemented on nonlinear mathematical function and TLEP function. When demand grows, the program output optimally distributes new links between new generation buses and old buses, determines the overall minimum cost of those links, and determines if those linkages should meet power system limits. Originality of the proposed method is that it eliminated the need of load shedding while planning the future demand with GABC method. Results are validated using load flow analysis in electrical transient analyzer program, demonstrating that artificial intelligence approaches are accurate and particularly effective in non-linear transmission network planning challenges. Practical value of the program is that it can use to execute cost oriented complex transmission planning decision.Документ Development of a boost-inverter converter under electromagnetic compatibility stress equipping a photovoltaic generator(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Bechekir, Seyfeddine; Zeghoudi, Abdelhakim; Ould-Abdeslam, Djaffar; Brahami, Mostefa; Slimani, Helima; Bendaoud, AbdelberIntroduction. Static converters are among the most widely used equipment in several applications, for example, electric power transmission, motor speed variation, photovoltaic panels, which constitute the electronic components. The design of a power electronics device is done without any real means of predicting electromagnetic disturbances during the product development phase. This case-by-case development process is repeated until a solution is found that best respects all the electromagnetic compatibility constraints. The purpose is the development of a boost-inverter converter under electromagnetic compatibility constraints. The improvements made to the inverter are mainly in the control, the choice of power switches and the electromagnetic compatibility solutions brought to the device. The quality of the wave is improved by acting on the type of control and the choice of switches. Methods. In the first time, we have highlighted a comparison between two most frequently used power components (MOSFET and IGBT) in the inverter and the boost by simulation using ISIS and LT-spice softwares. The sinusoidal voltage with modulation circuit is greatly simplified by the use of the PIC16F876A microcontroller. In a second step, we validate the obtained results with experimental measurements. We start with the boost, then the inverter. In addition, the circuits made are housed in boxes to avoid accidental contact for people. The equipment is designed to isolate the load from the power supply in case of: over voltages, under voltages, high and low battery level and short circuits. Results. All the simulations were performed using the ISIS and LT-spice softwares. The obtained results are validated by experimental measurements performed in the ICEPS Laboratory at the University of Sidi Bel-Abbes in Algeria. The realization of a single-phase inverter with a pulse width modulation control, associated with a boost chopper and the waveforms of the current and voltage across each static converter its opening are presented. The sources of disturbances in power devices are at the origin of the temporal and frequency characteristics of the signals coming from the hot spots of the power switches and the resonances created during the switching of these elements.Документ Розробка нечіткого класифікатора для ранжування технічного стану силового трансформатора(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бардик, Євген Іванович; Болотний, Микола ПетровичРозглянуто питання обґрунтування і розробки інтелектуальної системи для підтримки прийняття рішень щодо визначення рангу технічного стану силового трансформатора. Запропоновано підхід для встановлення рангу силового трансформатора шляхом застосування класифікатора, розробленого на базі системи нечіткого виведення Такагі – Сугено. Побудовано ієрархічні структурні схеми визначення рівнів факторів технічного стану окремих функціональних вузлів та силового трансформатора в цілому. Розроблено нечіткий класифікатор для ранжування технічного стану силового трансформатора за результатами окремих випробувань і вимірювань. Виконана адаптація нечітких моделей оцінки технічного стану шляхом навчання нечіткого класифікатора на вибірках з протоколів обстеження парку силових трансформаторів різних типів і класу напруг. Виконано комплексну оцінку технічного стану та класифікацію рангу за сукупністю контрольованих параметрів силових трансформаторів енергокомпанії.