2024 № 2 Електротехніка і Електромеханіка
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Smart current control of the wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator using predictive and hysteresis model(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Zine, Hamed Kamel Eddine; Abed, KhoudirGiven the increasing demand for performance and efficiency of converters and power drives, the development of new control systems must take into account the real nature of these types of systems. Converters and dimmers power are nonlinear systems of a hybrid nature, including elements linear and nonlinear and a finite number of switching devices. Signals input for power converters are discrete signals that control the ‘opening and closing’ transitions of each component. Problem. In the multilevel inverters connected to grid, the switching frequency is the principal cause of harmonics and switching losses, which by nature, reduces the inverter’s efficiency. Purpose. For guarantee the satisfying quality of power transmitted to the electrical grid, while ensuring reduction of current ripples and output voltage harmonics. Novelty. This work proposes a new smart control, based on a predictive current control of the three level neutral point clamped inverter, used in Wind Energy Conversion System (WECS) connected to grid, based permanent magnet synchronous generator, powered by a hysteresis current control for the rectifier. This new formula guarantees handling with the influence of harmonics disturbances (similar current total harmonic distortion), voltage stress, switching losses, rise time, over or undershoot and settling time in WECS. Methods. The basic idea of this control is to choose the best switching state, of the power switches, which ameliorates the quality function, selected from order predictive current control of WECS. Results. Practical value. Several advantages in this intelligent method, such as the fast dynamic answer, the easy implementation of nonlinearities and it requires fewer calculations to choose the best switching state. In addition, an innovative algorithm is proposed to adjust the current ripples and output voltage harmonics of the WECS. The performances of the system were analyzed by simulation using MATLAB/Simulink.Документ Аналітичний метод визначення умов повної компенсації реактивної потужності в системі електропостачання(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ягуп, Валерій Григорович; Ягуп, Катерина ВалеріївнаМетою статті є розробка аналітичного методу визначення умов досягнення повної компенсації в узагальненій системі електропостачання, на основі використання замінних схем, які отримані за допомогою еквівалентних перетворень топології вихідної схеми. Методологія. У статті запропоновано методику заміни послідовної компенсації реактивної потужності у високовольтних трактах системи електропостачання на паралельну компенсацію реактивної потужності у вузлі навантаження низької напруги. Результати. Розроблено алгоритм послідовних перетворень схеми живлення, що дає змогу оцінити значення ємностей компенсувальних конденсаторів, при яких досягається повна компенсація реактивної потужності в системі. Оригінальність. Запропонована аналітична методика розрахунку параметрів вузла компенсації дозволяє відмовитися від складних комп’ютерних методів оптимізації та дає можливість оцінити компенсаційні можливості, які припадають на частку навантаження та мережі. Практична цінність. Запропонована методика дозволяє за простим алгоритмом з високою точністю визначити необхідні параметри компенсаційного пристрою, які забезпечують оптимальний режим в системі електропостачання. Запропонований алгоритм легко реалізується в мікроконтролерній системі автоматичного керування режимами системи електропостачання.Документ Технічні рішення щодо зниження втрат в магнітопроводах і матеріаломісткості трифазного трансформаторно-реакторного обладнання(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ставинський, Андрій Андрійович; Авдєєва, Олена Андріївна; Кошкін, Дмитро Леонідович; Ставинський, Ростислав Андрійович; Циганов, Олександр МиколайовичРозглянуто стан розвитку трансформаторобудування. Визначена недостатня ефективність застосування відомих способів зниження втрат у магнітопроводах для задоволення нових вимог енергоресурсозбереження. Показана можливість удосконалення і уніфікації трифазних трансформаторів та реакторів на основі комбінацій анізотропної, ізотропної і аморфної сталей, багатогранних геометричних конфігурацій контурів та зміни положень в просторі шарів сталі, а також елементів планарних і просторових шихтованих, витих та комбінованих навито-пластинчастих магнітопроводів.Документ Розрахунок характеристик гібридної енергосистеми з паралельно включеними асинхронним генератором і AC/DC перетворювачем(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Мазуренко, Леонід Іванович; Джура, Олександр Васильович; Шихненко, Максим ОлеговичГібридні 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 паралельночерез 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 активноїі 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.Документ Computational studies of electromagnetic field propagation and deforming of structural elements for a thin-walled curved workpiece and an inductor(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Lavinsky, D. V.; Zaitsev, Yu. I.At the present stage of industrial development, the electromagnetic field is widely used in various technological processes. The force effect of an electromagnetic field on conductive materials is used in a class of technological operations called electromagnetic forming. Problem. Under the conditions of electromagnetic forming, the main element of the technological equipment – the inductor – is simultaneously subjected to the force impact with the workpiece. At certain levels of the electromagnetic field, the deformation of the inductor becomes so significant that it can lead to a loss of its efficiency. Goal. Computational analysis of a thin-walled curved workpiece and a two-turn inductor under the conditions of electromagnetic processing of the workpiece corner zone. Determining the distribution of quantitative characteristics ofthe electromagnetic field and the stress-strain state and conducting assessments based on them regarding the efficiency of the technological operation. Methodology. Computational modeling using the finite element method as a method of numerical analysis. The results on the distribution of quantitative characteristics of the electromagnetic field and components of the stress-strain state for a thin-walled workpiece and an inductor are obtained. It is shown that for the specified characteristics ofthe technological operation, the inductor remains operational, and plastic deformations occur in the workpiece. A series of calculations were carried out, in which some parameters of the technological system were varied. Originality. For the first time, the results of the calculation analysis of the quantitative characteristics distribution of the electromagnetic field of the deformation process for the «inductor – thin-walled curved workpiece» system are presented. Practical value. The presented design scheme of a curved thin-walled workpiece and a twoturn inductor, the method of calculation analysis and some obtained results can be used in the analysis ofelectromagnetic processing of thin-walled structures that contain curved elements.Документ Method for design of two-level system of active shielding of power frequency magnetic field based on a quasi-static model(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Kuznetsov, B. I.; Kutsenko, A. S.; Nikitina, T. B.; Bovdui, I. V.; Kolomiets, V. V.; Kobylianskyi, B. B.Development of method for design a two-level active shielding system for an industrial frequency magnetic field based on a quasistatic model of a magnetic field generated by power line wires and compensating windings of an active shielding system, including coarse open and precise closed control. Methodology. At the first level rough control of the magnetic field in open-loop form is carried out based on a quasi-static model of a magnetic field generated by power line wires and compensating windings of an active shielding system. This design calculated based on the finite element calculations system COMSOL Multiphysics. At the second level, a stabilizing accurate control of the magnetic field is implemented in the form of a dynamic closed system containing, in addition plant, also power amplifiers and measuring devices of the system. This design calculated based on the calculations system MATLAB. Results. The results of theoretical and experimental studies of optimal two-level active shielding system of magnetic field in residential building from power transmission line with a «Barrel» type arrangement of wires by means of active canceling with single compensating winding are presented. Originality. For the first time, the method for design a two-level active shielding system for an power frequency magnetic field based on a quasi-static model of a magnetic field generated by power line wires and compensating windings of an active shielding system, including coarse open and precise closed control is developed. Practical value. It is shown the possibility to reduce the level of magnetic field induction in residential building from power transmission line with a «Barrel» type arrangement of wires by means of active canceling with single compensating winding with initial induction of 3.5 µT to a safe level for the population adopted in Europe with an induction of 0.5 µTДокумент Maximum power point tracking improvement using type-2 fuzzy controller for wind system based on the double fed induction generator(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Kaddache, M.; Drid, S.; Khemis, A.; Rahem, D.; Chrifi-Alaoui, L.In this paper, to maximize energy transmission in wind power system, various Maximum Power Point Tracking (MPPT) approaches are available. Among these techniques, we have proposed the one based on typical fuzzy logic. Despite the somewhat reduced performance of fuzzy MPPT. For a number of reasons, fuzzy MPPT can replace conventional optimization techniques. In practice, the effectiveness of conventional MPPT methods depends mainly on the accuracy of the information given and the wind speed or knowledge of the aerodynamic properties of the wind system. Novelty. Our new MPPT for monitoring the maximum power point has been proposed. We developed an algorithm to improve control performance and govern the stator’s developed active and reactive power using the typical fuzzy logic 2 and enable robust control of a grid-connected, doubly fed induction generator. Purpose. MPPT which implies the wind turbine’s rotating speed should be modified in real time to capture the most wind energy, is necessary to achieve high efficiency for wind energy conversion, according to the aerodynamic characteristics of the wind turbine. Methods. Developing a mathematical model for a wind energy production system is complex, can be strongly affected by wind variation and is a non-linear problem. Thanks to these characteristics, thus, the Lyapunov technique is combined with a sliding mode control to ensure overall asymptotic stability and robustness with regard to parametric fluctuations in order to accomplish this goal. We contrasted our fuzzy type-2 algorithm’s performance with that of the fuzzy type-1 and Perturbation & Observation (P&O) suggested in the literature. Practical value. The simulation results demonstrate that the control performance is satisfactory when using the fuzzy logic technique. From these results, it can be said for the optimization of energy conversion in wind systems, the fuzzy type-2 technique may offer a workable option. Since it presents a great possibility to avoid problems either technical or economics linked to conventional strategies.Документ An adaptive controller for power quality control in high speed railway with electric locomotives with asynchronous traction motors(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Chaib Ras, A.; Bouzerara, R.; Bouzeria, H.Power quality in an electric railway system pertains to the dependability, consistency, and purity of the electrical power provided to different components and systems within the railway infrastructure. Assessing power quality offers considerable opportunities to improve the efficiency of railway systems. Problem. Managing the flow of active and reactive power effectively, decreasing harmonic currents, and addressing the negative sequence component are all critical parts of improving power quality for electrified rail systems. As a result, flexible AC transmission systems are the major means of minimizing or decreasing these difficulties. Purpose. This study describes a half-bridge reactive power railway power conditioner (HB-RPC) with a novel Ynev balancing transformer. HB-RPC is made up of four switching devices and two DC capacitors and the compensator’s stability is determined by the operating voltage of the DC-link. Any variations or imbalances in the DC voltage might cause the compensator to operate in an unstable manner. Novelty. Of a novel balanced transformer with HB-RPC in a high-speed railway system with two scenarios. Methods. The study utilized MATLAB/Simulink software for simulation purposes. The system integrates a fuzzy logic controller (FLC) and a PI controller to optimize DC voltage, ensuring its constancy and balance, with the objective of improving the overall stability of the system. Results. The simulation outcomes illustrate the efficacy of the control approach. Through a comparison of results between scenarios (two and four trains) with the PI-basedHB-RPC and the FLC-based-HB-RPC, the system exhibits enhanced stability for the proposed railway system when employing the FLCbased-HB-RPC, compared to a controller based on PI. Practical value. The proposed configuration elucidates its role in enhancing both the dynamic performance of the system and the power quality of the three-phase rail traction chain.Документ Розрахунково-експериментальне визначення швидкості просування плазмового лідерного каналу імпульсного іскрового розряду в атмосферному повітрі(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Баранов, Михайло ІвановичНадані результати розрахунково-експериментального визначення усередненої швидкості vL просування плазмового лідерного каналу електричного імпульсного іскрового розряду в довгому повітряному проміжку двоелектродної розрядної системи «вістря-площина» (для двох прикладних випадків при lmin=1,5 м і lmin=3 м), яка випробовує дію стандартного комутаційного аперіодичного імпульсу високої і надвисокої напруги часової форми Tm/Тd≈200 мкс/1990 мкс позитивної полярності. Запропонований метод чисельної оцінки величини vL в даній розрядній системі базується на використанні отриманої емпіричної формули та отриманні осцилограм процесу зрізу застосованих імпульсів над- і високої напруги при електричному пробої в ній довгих повітряних проміжків вказаної мінімальної довжини lmin. На основі запропонованої наближеної розрахункової формули і виконаних за допомогою потужного надвисоковольтного випробувального обладнання сильнострумових експериментів показано, що вказана швидкість vL розповсюдження в атмосферному повітрі переднього фронту позитивного лідера імпульсного іскрового розряду чисельно складає vL≈(1±0,03)ꞏ105 м/с. Отримані розрахунково-експериментальні дані для усередненої швидкості vL просування в повітрі лідерного каналу імпульсного іскрового розряду добре узгоджуються з її прийнятими для грозових іскрових розрядів в атмосферному повітрі чисельними показниками.Документ Harmonics suppression in high-speed railway via single-phase traction converter with an LCL filter using fuzzy logic control strategy(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Aissaoui, M.; Bouzeria, H.; Benidir, M.; Labed, M. A.The railway Traction Power Supply System (TPSS) encounters a common challenge related to high-frequency harmonic resonance, especially when employing AC-DC-AC traction drive systems in high-speed trains. This resonance issue arises when the harmonic elements introduced by the traction AC-DC converter on the grid side of trains align with the innate resonance frequency of the TPSS. The novelty the proposed work focuses on the challenges associated with resonance elevation and high-frequency harmonics in high-speed trains, while simultaneously enhancing energy quality. This is achieved by integrating a pulse-width-modulated converter on the grid side with a single-phase configuration and incorporating an LCL filter. Methodology. In order to optimize the system’s efficiency, a robust control system is employed, taking advantage of the capabilities of a fuzzy logic controller (FLC). The choice of the FLC is justified by its straight forward design and reliability, emphasizing the dedication to precise control, as fuzzy logic excels in handling complex, nonlinear systems. Through the use of linguistic variables and heuristic reasoning, the FLC adjusts to dynamic changes in the system, demonstrating its efficacy in enhancing both transient and steady-state responses. Practical value. A grid-side LCL filter-based converter was meticulously designed and rigorously simulated using the MATLAB/Simulink platform. The inclusion of advanced FLC in the system introduced a novel approach to control strategies, surpassing the traditional PI controller. Through a comprehensive comparative analysis, the simulation results showcased the remarkable efficacy of the proposed solution in an effectively mitigating high-frequency resonance within the TPSS. This outcome underscores the potential of FLC as a sophisticated control mechanism for enhancing the performance systems in railway applications, showcasing its superiority over conventional control methods. The study contributes in shedding light on innovative approaches for optimizing the control and efficiency of grid-side LCL filter-based converters in high-speed train systems.Документ Intelligent fuzzy back-stepping observer design based induction motor robust nonlinear sensorless control(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Abed, Khoudir; Zine, Hamed Kamel EddineThe control algorithm of Induction Motor (IM) is massively dependent on its parameters; so, any variation in these parameters (especially in rotor resistance) gives unavoidably error propagates. To avoid this problem, researches give more than solution, they have proposed Variable Structure Control (VSC), adaptive observers such as Model Reference Adaptive System, Extended Luenberger Observer (ELO) and the Extended Kalman Filter (EKF), these solutions reduce the estimated errors in flux and speed. As novelty in this paper, the model speed observer uses the estimated currents and voltages as state variables; we develop this one by an error feedback corrector. The Indirect Rotor Field Oriented Control (IRFOC) uses the correct observed value of speed; in our research, we improve the observer’s labour by using back-stepping Sliding Mode (SM) control. Purpose. To generate the pulse-width modulation inverter pulses which reduce the error due of parameters variations in very fast way. Methods. We develop for reach this goal an exploration of two different linear observers used for a high performance VSC IM drive that is robust against speed and load torque variations. Firstly, we present a three levels inverter chosen to supply the IM; we present its modelling and method of control, ending by an experiment platform to show its output signal. A block diagram of IRFOC was presented; we analyse with mathematic equations the deferent stages of modelling, showed clearly the decoupling theory and the sensorless technique of control. The study described two kinds of observers, ELO and EKF, to estimate IM speed and torque. By the next of that, we optimize the step response using the fuzzy logic, which helps the system to generate the PI controller gains. Both of the two observers are forward by SM current controller, the convergence of SM-ELO and SM-EKF structures is guaranteed by minimizing the error between actual and observed currents to zero. Results. Several results are given to show the effectiveness of proposed schemes.