2022 № 3 Електротехніка і Електромеханіка

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/65915

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 10 з 10

Reduction of cogging torque of radial flux permanent magnet brushless DC motor by magnet shifting technique
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Panchal, Tejas H.; Patel, Amit N; Patel, Rajesh M.
In spite of many advantages of radial flux permanent magnet brushless DC motors it suffers from the distinct disadvantage of high cogging torque. The designer must emphasize to reduce the cogging torque during the design stage. This paper introduces magnet shifting technique to mitigate cogging torque of surface mounted radial flux brushless DC motor. Methodology. Initially 200 W, 1000 rpm surface mounted radial flux permanent magnet brushless DC motor is designed with symmetrical placement of permanent magnets with respect to each other on rotor core. Cogging torque profile of this initial motor is obtained by performing finite element modelling and analysis. Originality. This design has been improved by shifting the position of permanent magnets with respect to adjacent permanent magnets. The effect of magnet shifting on cogging torque has been analyzed by performing finite element analysis. Results. It has been examined that the peak to peak cogging torque is decreased from 1.1 N m to 0.6 N m with shifting of permanent magnets respectively.
Fuzzy model based multivariable predictive control design for rapid and efficient speed-sensorless maximum power extraction of renewable wind generators
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Babes, Badreddine; Hamouda, Noureddine; Kahla, Sami; Amar, Hichem; Ghoneim, S. S. M.
A wind energy conversion system needs a maximum power point tracking algorithm. In the literature, several works have interested in the search for a maximum power point wind energy conversion system. Generally, their goals are to optimize the mechanical rotation or the generator torque and the direct current or the duty cycle switchers. The power output of a wind energy conversion system depends on the accuracy of the maximum power tracking controller, as wind speed changes constantly throughout the day. Maximum power point tracking systems that do not require mechanical sensors to measure the wind speed offer several advantages over systems using mechanical sensors. The novelty. The proposed work introduces an intelligent maximum power point tracking technique based on a fuzzy model and multivariable predictive controller to extract the maximum energy for a small-scale wind energy conversion system coupled to the electrical network. The suggested algorithm does not need the measurement of the wind velocity or the knowledge of turbine parameters. Purpose. Building an intelligent maximum power point tracking algorithm that does not use mechanical sensors to measure the wind speed and extracts the maximum possible power from the wind generator, and is simple and easy to implement. Methods. In this control approach, a fuzzy system is mainly utilized to generate the reference DC-current corresponding to the maximum power point based on the changes in the DC-power and the rectified DC-voltage. In contrast, the fuzzy model-based multivariable predictive regulator follows the resultant reference current with minimum steady-state error. The significant issues of the suggested maximum power point tracking method, such as the detailed design process and implementation of the two controllers, have been thoroughly investigated and presented. The considered maximum power point tracking approach has been applied to a wind system driving a 5 kW permanent magnet synchronous generator in variable speed mode through the simulation tests. Practical value. A practical implementation has been executed on a 5 kW test bench consisting of a dSPACEds1104 controller board, permanent magnet synchronous generator, and DC-motor drives to confirm the simulation results. Comparative experimental results under varying wind speed have confirmed the achievable significant performance enhancements on the maximum wind energy generation and overall system response by using the suggested control method compared with a traditional proportional integral maximum power point tracking controller.
Покращення основних показників трансформаторів з витими нероз’ємними магнітопроводами шляхом зміни формування кругових витків обмотки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Авдєєва, Олена Андріївна; Вахоніна, Лариса Володимирівна; Садовий, Олексій Степанович; Ставинський, Ростислав Андрійович; Циганов, Олександр Миколайович
Виконано аналіз конструктивно-технологічних особливостей електромагнітних систем трансформаторів з витими нероз’ємними магнітопроводами і круговими утворюючими контурами стрижнів та обмоткових витків. Запропоновано конструкцію обмоткової котушки з зовнішньою рухомою та внутрішньою нерухомою частинами опорно-ізоляційного каркасу та заміну вмотки витків на технологію намотки. Показано, що використання замість човникової вмотаної конструкції виконання обмотки з зовнішньою частиною ізоляційного каркаса, що обертається, призводить до поліпшення масогабаритних і енергетичного показників трансформатора.
A novel load shedding methodology to mitigate voltage instability in power system
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Chappa, Hemanthakumar; Thakur, Tripta
A novel technique for detecting imminent voltage instability is proposed in this paper, accompanied by a novel load shedding approach to protect the system from voltage instability. Methodology. The proposed methodology utilizes the computation of nodal reactive power loss to voltage sensitivities with load increments in the system. Originality. The nodal reactive power loss to voltage sensitivity is a novel computation and is explored to detect the likelihood of voltage instability in this work. Results. If the system is experiencing an unprecedented load growth and if all the measures reach their limits, then load shedding is the last resort to safeguard the system against instability. The sudden change in nodal reactive power loss to voltage sensitivities is utilized to devise the quantity of load to be cut in the system. Practical value. The time-based simulations performed in New England 39 bus test system (NE-39 bus), the simulated results show that nodal reactive power loss to voltage sensitivities can be used as a trusted indicator for early diagnosing of menacing voltage instability and the timely implementation of load shedding developed from nodal reactive power loss to voltage sensitivities on the system ensures voltage stability.
Modelling and performance testing of a digital over-current relay enhanced designed model
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Sekhane, Hocine; Labed, Djamel; Labed, Mohamed Amir
The over-current relay is widely used to protect distribution and transmission electrical systems against excessive currents occurring due to short circuit or overload conditions. Many works have been carried out in the field of models simulation design of digital over-current relays in the literature, but unfortunately many of them are more complex design models, have very slow execution time and only work in simple faults cases. Purpose. The purpose of this work is to present the performance of a modified and improved model of a digital over-current relay designed in Simulink/MATLAB environment with more simplified design, faster execution time, and able to operate under more complex fault conditions. Methodology. Before starting tests, modelling of over-current relay is presented in details, of which the basic logics of the proposed model to implement inverse and instantaneous characteristics are well explained. Afterwards, various tests are carried out for the performance analysis of the enhanced designed relay model in terms of: operating speed for eliminating faults that has arisen, ability to distinguish between a fault current and load starting current, capacity distinguish between real and temporary fault currents, the way to manage variable faults over time, and the degree of harmony between primary protection relay and back-up protection relay. Originality. The originality of our proposed work consists in the development and improvement of a digital over-current relay model designed in Simulink/MATLAB environment in such way that it becomes able to operate under new harsh test conditions. This developed designed model is implemented and applied in a 400V radial distribution power system with a load that causes a starting current. Results. The obtained values of simulation are compared with the theoretically calculated values and known existing models. The obtained results after various tests validate the good performance of our enhanced designed model.
Метод динамічних параметрів для математичного моделювання комутаційних процесів запирання вентилів напівпровідникових перетворювачів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Василів, Карл Миколайович
Розроблено метод математичного моделювання вентильних перетворювачів частоти (ВПЧ) на підставі аналізу природи виникнення і закономірностей протікання інверсного струму вентилів під час їх запирання застосуванням динамічних параметрів вентилів, якими слугують послідовно з’єднані індуктивність та активний опір, що змінюються відповідно до закономірності динаміки концентрації носіїв електричних зарядів в структурах напівпровідників (базах, емітерах та p-n переходах). Врахування наявності інверсного струму напівпровідникових вентилів істотно підвищує рівень адекватності математичного моделювання ВПЧ довільної структури і призначення та в довільних режимах їх роботи включно з несиметричними та аварійними перехідними електромагнітними процесами електротехнічних комплексів з ВПЧ не лише на проміжку часу комутації (запирання) вентилів, але й в продовж всього часу моделювання.
Ефективні параметри діелектричної абсорбції полімерної ізоляції з напівпровідними покриттями силових високовольтних кабелів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Безпрозванних, Ганна Вікторівна; Гринишина, Маргарита Володимирівна
На підставі послідовно-паралельної нелінійної схеми заміщення напівпровідних покриттів та лінійної електричної полімерної ізоляції у широкому діапазоні частоти визначено ефективні параметри діелектричної абсорбції силових високовольтних кабелів одножильного виконання. За результатами моделювання, з урахуванням дисперсії електрофізичних характеристик напівпровідних покриттів, доведено, що ефективна електрична ємність тришарової композитної ізоляційної системи визначається ємністю полімерної ізоляції. Встановлено характер частотних залежностей та максимальні значення ефективного тангенсу кута діелектричних втрат в залежності від співвідношення між питомою електропровідністю на постійному і змінному струмі та товщиною напівпровідних екранів. Отримані співвідношення є підставою для розроблення практичних рекомендацій щодо обґрунтування товщини та електрофізичних параметрів напівпровідних покриттів для зменшення їх впливу на ефективний тангенс кута діелектричних втрат тришарової композитної електроізоляційної системи силових високовольтних кабелів.
Математичне моделювання реостатно-реакторного пуску асинхронних двигунів з фазним ротором
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Маляр, Василь Сафронович; Гамола, Орест Євгенович; Мадай, Володимир Степанович; Васильчишин, Іванна Іванівна
Розроблено математичні моделі, методи і алгоритми аналізу пускових режимів і статичних характеристик асинхронних двигунів з фазним ротором. В розроблених алгоритмах математична модель двигуна подана диференціальними рівняннями, складеними для електричних контурів в системі ортогональних координат. Математичною основою розроблених алгоритмів розрахунку статичних характеристик є розв’язування нелінійних систем скінченних рівнянь електричної рівноваги методом Ньютона в поєднанні з методом продовження по параметру, а пускових режимів – числове інтегрування нелінійних систем диференціальних рівнянь електромеханічної рівноваги. Елементами матриці Якобі в розроблених алгоритмах є власні і взаємні диференціальні індуктивності електричних контурів, які визначаються на основі характеристик намагнічування основним магнітним потоком, а також потоками розсіювання контурів ротора і статора, що дає змогу здійснювати розрахунок з урахуванням насичення магнітопроводу двигуна. Розроблені програми і алгоритми мають високу швидкодію і дають змогу здійснювати проектний синтез пускових активних і реактивних опорів в колі ротора з метою забезпе- чення закону зміни електромагнітного моменту під час пуску, який відповідає роботі системи електроприводу в заданих технологічних умовах, а також здійснювати мікропроцесорне керування в динамічних режимах.
A hybrid renewable energy production system using a smart controller based on fuzzy logic
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ali Moussa, Mohamed; Derrouazin, Ahmed; Latroch, Maamar; Aillerie, Michel
This article proposes an improved energy management and optimization system with an intelligent economic strategy based on fuzzy logic technology with multiple inputs and outputs (I/O). It is used to control hybrid electric energy sources built around photovoltaic solar panels, wind turbine and electric energy storage system assisted by the electric grid. The novelty in this work that solar photovoltaic, wind turbine and storage system energy sources are prioritized over the grid network which is solicited only during adverse weather conditions, in order to supply a typical household using up to 4,000 Wh per day. In addition of that, the surplus of renewable energy produced during favorable climatic condition is used to produce hydrogen suitable for household heating and cooking using eletrolyzer system. Purpose. Development of improved energy management and optimization system with an intelligent economic strategy based on fuzzy logic technology. This system is embedded on Arduino 2560 mega microcontroller, on which the fundamental program of fuzzy logic and the distribution of events with all possible scenarios have been implemented according to a flowchart allowing the management of the hybrid system. Methods as well as a parametric search and a simulation to characterize the system, are carried out in order to put on the proposed techniques to ensure continuous accommodation at home. Results. The proposed system results confirm their effectiveness by visualizing the output control signals from the electronic switches. Practical value of which transmits power through a single-phase DC/AC converter to power the AC load for the accommodation.
Comparison of the effectiveness of thriple-loop and double-loop systems of active shielding of a magnetic field in a multi-storey old buildings
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Kuznetsov, B. I.; Nikitina, T. B.; Bovdui, I. V.; Voloshko, O. V.; Kolomiets, V. V.; Kobylianskyi, B. B.
The issues of comparing the effectiveness of reducing the level of the magnetic field in a five-storey old buildings generated by a single-circuit overhead power transmission lines with a triangular suspension of wires using a thriple-loop and double-loop systems of active screening, which respectively contain three or two compensating windings are considered. Methodology. Spatial location coordinates of the compensating windings and the currents in the shielding windings were determined during the design of systems of active screening based on solution of the maximin vector optimization problem, in whith the vector of objective function is calculated based on Biot-Savart's law. The solution of this problem is calculated based on algorithms of multi-swarm multi-agent optimization. Results. The results of theoretical and experimental comparing the effectiveness of reducing the level of the magnetic field in a five-storey old generated by a single-circuit overhead power transmission lines with a triangular suspension of wires using a thriple-loop and double-loop systems of active screening, which respectively contain three or two compensating windings are presented. Originality. For the first time, the comparison the effectiveness of reducing the level of the magnetic field in a five-storey old using a thriple-loop and double-loop systems of active screening are considered. Practical value. From the point of view of the practical implementation it is shown the possibility to reduce the level of magnetic field induction in a five-storey old buildings to the sanitary standards of Ukraine for real overhead power transmission lines currents with the help of a synthesized double-loop systems of active screening. A double-loop active screening system is simpler in comparison with a thriple-loop active screening system when implementing.