Computational Problems Of Electrical Engineering. – 2013 – Vol. 3, No. 2

Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/24414

The scientific-technical journal

Computational Problems of Electrical Engineering = Обчислювальні проблеми електротехніки : the scientific-technical journal / Lviv Politechnic National University ; editor-in-chief Yuriy Bobalo. – Lviv : Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013. – Volume 3, number 2. – 138 р.

Browse

Now showing 1 - 20 of 22

Technology of investigation of asynchronous motors with a squirrel-cage rotor using a universal parametric generator of a finite-element model
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Tikhonov, Andrey; Kazakov, Yuriy; Shmelev, Aleksandr
The technology of the numerical research into asynchronous motors with a squirrel-cage rotor with arbitrary-shaped slots using a universal parametric generator of the Unite-element magnetic field models has been developed. The mathematical built-in software packages with an integrated, developed by the authors, dynamic-link library EMLib are used. The parametric generator allows a series of models for asynchronous motors used in programmable numerical experiments to be created. Розроблено методику числового аналізу асинхронних машин з короткозамкненим ротором із зубцями довільної форми з використанням універсально параметричного генератора скінчено-елементних моделей магнетного поля. При цьому застосовуються вбудовані математичні програмні пакети з інтегрованою бібліотекою EMLib, розроблено авторами, що використовує динамічні посилання. Параметричний генератор забезпечує створення послідовностей моделей асинхронної машини для числового експерименту.
Analysis of energy consumption of electric vehicles equipped with a hybrid energy storage
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Kasprzyk, Leszek
The paper characterizes currently used vehicles and presents an analysis of fuel consumption of engine cars in the EU in the context of decreasing fuel resources. The article also shows the dependencies describing the resistance forces acting on the vehicle during the drive and the methods for determining the power needed to accelerate and to brake which is possible to recover. In the paper, an analysis of energy consumption of a sample vehicle on two routes of different characteristics is also performed. In the final part of the paper, an analysis of the possibilities of energy recovery during a car drive is presented, and the problems connected with energy storage limitations are discussed on the example of hybrid energy storage. Охарактеризовано сучасні транспортні засоби і подано аналіз споживання палива автомобіля, обладнаними двигунами внутрішнього згорання у Європейському союзі в контексті вичерпування паливних ресурсів. Стаття наводить залежності, які описують сили опору, що діють на транспортний засіб під час його руху, а також розглядає методи для визначення потужності необхідної для прискорення і гальмування. Проаналізовано енергоспоживання автомобіля в умовах двох доріг з різними характеристиками. У завершальній частині статті подано аналіз можливості відновлення енергії під час руху автомобіля. Крім того, на прикладі гібридного нагромаджувача енергії обговорено проблеми, пов'язані з обмеженням енргонагромадження.
Linear dynamical systems of the N-th order in random conditions
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Mazurkiewicz, Seweryn; Walczak, Janusz
In the article, the linear dynamic random model of n-th order described by the random state equation is considered. The method for determining the probabilistic characteristics of a stochastic process which is the solution of that equation, is shown. These characteristics, such as mean values and correlation functions, are determined by auxiliary solutions - the deterministic systems of ordinary differential equations. Розглянуто лінійну динамічну стохастичну модель n-го порядку, що описується стохастичним рівнянням стану. Показано метод визначення імовірнісних характеристик стохастичного процесу, які є розв'язком такого рівняння. Ці характеристики, як, наприклад, середні значення та кореляційні функції, визначаються додатковими умовами - детермінованими системами звичайних диференційних рівнянь.
On measurement of magnetic permeability of ferromagnetic fluids
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Polcar, Petr; Kubat, Miroslav
This paper contributes to the measurement of the magnetic permeability of magnetic fluids. The measurement of ferromagnetic fluids is difficult due to their liquid state and relatively low values of their magnetic permeabilities. Methods commonly used to measure ferromagnetic properties of ferromagnetic solids usually fail when used for ferromagnetic fluids. Most common mistakes are explained and numerically simulated in the paper. An accurate method for the determination of magnetic properties of fluids is presented. Стаття описує метод вимірювання магнетної проникності феромагнетних рідин. Вимірювання магнетної проникності є ускладненим для феромагнетних рідин через їх агрегатний стан та порівняно низькі значення магнітної проникності. Методи, що використовуються для вимірювання магнетних характеристик феромагнітних твердих тіл не є придатним у випадку феромагнітних рідин. Пояснено причину виникнення похибок та проведено модювання розподілу поля для таких випадків. Запропоновано методику визначення магнітних властивостей рідин, що усуває вказані недоліки.
Technical сonfiguration of TV white space devices: a conceptual view
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Gepko, Igor
As it is known, to eliminate interference, the frequency reuse approach is followed in digital TV (DTV) planning similar to cellular networks, avoiding the use of the same channel in two neighboring allotments. There are large areas where certain groups of TV channels are not deliberately used. They are called white spaces in TV spectrum (TVWS). Considering the great economical value of TV spectrum, it was proposed to use TVWSs for low-power wireless networking on non-interfering (secondary) basis with the licensed (primary) DTV service. At the same time, restrictions imposed on white space devices (WSDs) to protect primary users should not devaluate spectrum for secondary use. The lack of knowledge about the locations of primary receivers, as well as the unreliable estimation of the aggregate interference impact caused by the large number of secondary devices accessing the spectrum are reported to be among the key challenges for the use of TVWSs. In our view, parameters for the protection of primary system should be based on the determination of minimum separation distance, which by all means should be observed at a certain area. A required shadow margin, as well as a multi-user margin should be calculated for such a minimum safety range. To reuse spectrum efficiently, mobile/portable WSDs should support dynamic power control ability which has to play a key role in sensing and operate with the lower power??? when a TV signal is weak. Except for providing WSDs with a list of available channels, the geolocation database should contain recommended parameters for path loss calculations, as well as minimum distances which could be ensured for a certain inhabited locality. У цій статті запропоновано метод кодування для зниження рівня позасмутових випромінювань у комунікаційних системах із сигналами з багатьма носіями.
Optimization of energy-shaping control of port-controlled Hamiltonian system
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Shchur, Ihor; Biletskyi, Yurii
This paper raises the problem of finding the optimal parameters of a port-controlled Hamiltonian energy-shaping control system (ESCS). For solving this problem it is proposed to supplement the ESCS synthesis procedure with parameterization by shaping the desirable characteristic polynomial of a closed system. In order to verify this method, the synthesis of a modal regulation system and the ESCS controlled by a direct-current drive was carried out, and a number of comparative studies were conducted. The obtained results confirmed the feasibility and effectiveness of the application of the proposed structurally parametrical synthesis procedure of the ESCS. Розглянуто проблему знаходження оптимальних щодо заданого критерію параметрів системи енергоформуючого керування (СЕФК) у гамільтоновому представлені. З метою її вирішення запропоновано доповнити процедуру синтезу СЕФК параметризацією шляхом формування бажаного характеристичного поліному замкненої системи. Для перевірки підходу проведено синтез системи модального регулювання та СЕФК електроприводом постійного струму, а також низку порівняльних досліджень, в результаті чого підтверджено доцільність та ефективність застосування запропонованої процедури структурно-параметричного синтезу СЕФК.
Near field EMF metrology development
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Bienkowski, Pawel; Nichoha, Vitaliy; Trzaska, Hubert
The paper discusses problems related to the near field EMF measurements for labor safety and environment protection purposes in comparison with the far field measurements. У статті обговорено проблеми, пов'язані з вимірюванням електромагнітного поля в зоні індукції з метою охорони праці та захисту довкілля порівняно з вимірюванням у дальній зоні.
Analytical reliability model of a redundant repairable system with limited number of restorations
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Mandziy, Bohdan; Ozirkovskyy, Leonid
Modern complex mission-critical systems are built as fault-tolerant systems, i.e. having the ability to function while some of their separate elements have a fault. The complexity of such fault-tolerant systems makes their reliability models quite big and complex. Therefore, such requirements for building models, as the high level of credibility and the appropriate level of formalization, are imposed on these models, which allows to implement the automation to their creating and analysis of reliability and, therefore, using modern computer tools. The combination of analytical methods for the research on reliability and computing capability of modern computers is a promising direction for further development of methods of reliability theory. Розроблено аналітичну модель резервованої відновлювальної системи з обмеженою кількістю відновлень, структура якої подана в розумінні надійності послідовним з'єднанням компонентів, кожен з яких зарезервований кратністю 1 (навантажене резервування). При формуванні моделі використано повторюваність топологічних властивостей структури, що дає змогу спростити аналіз часових залежностей ймовірностей перебування системи у конкретних станах (нормального функціонування, простою (ремонту), катастрофічної відмови) та розрахунок відповідних показників її надійності. Використовувати розроблену аналітичну модель надійності зручно під час розв'язання оптимізаційної задачі вибору параметрів окремих ланок за критерієм мінімуму ймовірності простою системи.
Technical losses of the recuperated electric energy in a DC traction power supply system
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Nikitenko, Anatoliy
The efficiency of the recuperative braking of DC electric rolling stock is analyzed in the article. The monitoring of voltages and currents is done for EPL2T trains and VL8 locomotives in the traction and recuperative braking modes. Basic, additional and total technical losses of the recuperated energy are calculated for a DC traction power system. The statistical and theoretical distributions of the RMS current, the additional and total losses are drawn, and their basic probabilistic coefficients are calculated. Проаналізовано ефективність застосування рекуперативного гальмування електрорухомим складом постійного струму. Моніторинг напруг та струмів виконано для електропоїздів ЕПЛ2Т та електровозів ВЛ8. Розраховано основні, додаткові та повні технологічні втрати енергії рекуперації в тяговій мережі постійного струму. Побудовано статистичні та теоретичні розподіли діючого струму. Побудовано статистичні та теоретичні розподіли діючого струму, додаткових та повних втрат енергії рекуперації, а також розраховано основні імовірнісні показники.
Energetical properties of fractal Brownian signal with different Hurst indexes
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Bobalo, Yuriy; Klymash, Mykhailo; Politanskyy, Ruslan
Power spectrum densities, probability density functions and correlation functions of the fractal Brownian signal (FBS) are studied with the aim of MATLAB simulation. The influence of a time-scaling factor on these properties is investigated. Particularly, the increase of this factor leads to increasing the influence of the Hurst index on power spectrum density. The results are conformed to Mandelbrot’s investigations of FBS properties. Роботу присвячено вивченню властивостей сигналів типу фрактальних гауссів шум (далі - ФГШ). Автори дослідили спектральну густину потужності, числові характеристики та автокореляційну функцію сигналів типу ФГШ. Встановлено їх залежність від коефіцієнта часового масштабування. Зокрема показано, що збільшення коефіцієнта часового масштабування підсилює вплив параметра Херста на спектральну густину потужності, що узгоджується із результатами, отриманими раніше Мендельбротом.
Life cycle model of commercial content processing in electronic commerce systems
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Vysotska, Victoria; Chyrun, Lyubomyr
In the given article, a functional logistic model of commercial content processing as a stage of the content life cycle in electronic commerce systems is proposed. The model of commercial content processing describes the processes of forming information resources in electronic content commerce systems, and simplifies the technology of commercial content management. In the given article, the main problems of electronic content commerce and functional services of commercial content processing are analyzed. The proposed model gives an opportunity to create an instrument of information resources processing in electronic commerce systems and to implement the subsystems of commercial content formation, management and support. Запропоновано функціонально-логістичну модель опрацювання комерційного контенту як етап життєвого циклу контенту в системах електронної комерції. Модель опрацювання комерційного контенту описує процеси формування інформаційних ресурсів у системах електронної контент-комерції та спрощує технологію управління комерційним контентом. Проаналізвано основні проблеми електронної контент-комерції та функціональних сервісів опрацювання комерційного контенту. Запропонована модель дає можливість створити засоби опрацювання інформаційних ресурсів у системах електронної контент-комерції та реалізувати підсистеми формування, управління та супроводу комерційного контенту.
Mathematical modeling of dynamics of website quality characteristics
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Pasichnyk, Natalia; Dyvak, Mykola; Pasichnyk, Roman
The article offers a set of dynamic models of predicting the website attendance. The numerical experiments were conducted to identify these models. It allowed the authors to structure an adequate model to predict overall and target attendance, basing on the analysis of the characteristics of business processes of an object represented by this website. Проаналізовано множину динамічних моделей прогнозування відвідування веб-сайтів. ідентифіковано ці моделі на підставі численних експериментів Це дало змогу структурувати адекватні моделі для прогнозування загальної та результативної відвідуваності, грунтуючись на аналізі характеристик бізнес-процесів об'єкта, який цей веб-сайт представляє.
Effective algorithm of calculating the static modes of nonlinear electromagnetic circuits
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Stakhiv, Petro; Malyar, Vasyl; Dobushovska, Iryna
Existing electromagnetic circuits are mostly non-linear, however known methods of analysis of the processes for those circuits do not meet modern requirements and it is the one of least developed parts of Theoretical Electric Engineering. Therefore the development of methods of analysis is an important issue. The article discusses the problem of developing the algorithm of calculation for static modes in nonlinear electromagnetic circuits with reactive elements under the influence of periodical disturbances. Those modes are dynamic and are described by the system of differential equations (DE). The solution of the system consists of periodic non-harmonic dependencies. The problem is solved by a numerical method as the boundary value problem of DE of the first order with periodic boundary conditions so that it is possible to get dependencies on the period of state variables without solving the problem in time domain. Розглянуто проблему розрахунку стаціонарних режимів у нелінійних електромагнетних колах з реактивними елементами, які перебувають під дією періодичних вимушувальних сил. Задача роз'язується як крайова для системи диференціальних рівнянь першого порядку з періодичними крайовими умовами, які описують динамічний усталений режим, що дає змогу отримати залежності змінних стану на період, не вдаючись до розв'язування задачі в часовій області.
An anatomically realistic boundary representation phantom for studying VHF-UHF radiation effects
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Nikolayev, Denys
Both ionizing and non-ionizing radiation dosimetry studies, medical imaging technologies, and image reconstruction algorithms require computational phantoms to assess health effects, to analyze efficiency and to test algorithms. The goal of this study is to overview existing models of a human body and to develop the anatomically realistic boundary representation phantom for VHF-UHF electromagnetic and coupled field studies. We use simulated magnetic resonance images as the source of the phantom geometry. One of the possible applications is illustrated by an example of coupled electric/thermal field distribution. Developed phantoms have a broad application in various branches of science and technology. Обчислювальні фантоми тіла людини є незамінними інструментами дозиметрії іонізуючих та неіонізуючих випромінювань для розрахунку та оцінки біологічних ефектів опромінення. Окрім того, технології медичної візуалізації та алгоритми реконструкції зображень використовують обчислювальні фантоми для тестування та оптимізації. Метою цього дослідження є розробка нового анатомічно-реалістичного фантома у граничному представлені (B-Rep) для дослідження розподілу фізичних полів у голові людини. Розглянутий алгоритм побудови фантома може бути використаний для автоматизованої розробки фантомів будь-яких суб'єктів досліджень, базуючись на їх скануванні методами медичної візуалізації. Приклад застосування розробленого фантома проілюстрований аналізом розподілу електромагнітного та теплового полів. Розроблений фантом може бути широко застосовуваним у багатьох галузях науки та техніки.
Reachability and observability of fractional positive electrical circuits
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Kaczorek, Tadeusz
Necessary and sufficient conditions for the reachability and observability of fractional positive continuous-time linear electrical circuits are established. Effectiveness of the proposed conditions is demonstrated on examples of electrical circuits. Встановлено необхідні й достатні умови досяжності й спостережності дробових додатних неперервних у часі лінійних електричних кіл. Ефективність запропонованих умов продемонстровано на прикладах електричних кіл.
Optimization with the use of the genetic algorithm method and parallel computing
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Jajczyk, Jarosław
The work presents the description of a method for performing optimized calculations with the use of the genetic algorithm method performed on computers paralleled in a cluster. It defines the scope of electromagnetic calculations which must be performed in order to determine the objective function. It also provides sample factors describing the quality of paralleling the calculation process. У статті описано метод для використання оптимізованих обчислень з використанням генетичного алгоритму на комп'ютерах, підключених у паралельні кластери. Він визначає обсяг електромагнітних розрахунків, які необхідно виконати, щоб визначити функцію мети. А також він забезпечує зразкові коефіцієнти, що описують якість паралелізації обчислювальних процесів.
Electronic system of monitoring the patients with cardiovascular pathology
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Meshaninov, Serhiy
The construction of a clinical monitoring system applied to diagnose the patients’ state in a rehabilitation period is considered. It is pointed out that in a crisis period, patients with cardiovascular pathology are connected to a life-support system, and if the patients’ state takes a turn for the worse, the system lets the medical personnel know immediately. A special attention is paid to the estimation of indexes of the cardiaovascular system. The description of a structural construction of monitoring apparatus intended to control radiotelemetry of the patients’ state is given. The methods of detecting the cardiovascular indexes, which are notable for their relatively high informational capability and sensitiveness to any changes in the inpatient’s state have been chosen and implemented. Розглянуто побудову системи клінічного моніторингу, вживаної для діагностики стану хворих у реабілітаційний період. Доведено, що у кризовий період хворі з серцево-судинною патологією перебувають підімкненими до системи життєзабезпечення і у разі погіршення стану система терміново інформує медичний персонал. Особливу увагу звернено на оцінку показників серцево-судинної системи. Описано структурну побудову моніторної апаратури контролю радіотелеметрії стану пацієнтів. Обрано й реалізовано методику знаходження серцево-судинних показників, яка позначається порівняно високою інформативністю та чутливістю змін стану хворого. Описано структурну побудову моніторингової апаратури контролю радіотелеметрії стану пацієнтів.
Analysis of electromagnetic processes in a turbogenerator with equivalent stator tooth zones at no-load
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Kovivchak, Yaroslav
While developing the mathematical held models of electric devices, to simplify the statement of the problem, it is common to apply chain schemes and substitute equivalent media for the complex structures of a construction. Identifying the influence of such simplifications on the conformity of the reproduction of electromagnetic processes by the models is an important problem, particularly when the given methods concern zones that are the sources of an electromagnetic field in the objects. Besides, when developing the mathematical field models, the coordinate systems in which the process is considered are neglected. In this paper, 2-D mathematical field models for calculating a quasistationary electromagnetic field in the cross-section of a turbogenerator at no-load with an equivalent stator zone are suggested. These models provide the calculation of the electromagnetic field in all zones of the device carried out on the basis of a vector potential in both the single coordinate system of the moving rotor, and the coordinate systems of the rotor and stator simulta-neously. The results obtained show that it is unacceptable to apply either substitution schemes or the equivalent replacement of the complex structures of electric devices in the case when they are the sources of the electromagnetic field in the object under investigation. Moreover, the analysis of the results confirms the necessity to consider the systems of coordinates of movable and immovable media when developing mathematical field models of electrodynamic devices. На основі рівнянь Максвелла в потенціалах розроблено двовимірні польові математичні моделі розрахунку квазістаціонарного електромагнітного поля у поперечному перерізі турбогенератора в режимі неробочого ходу з еквівалентною зубцевою зоною статора. Запропоновані моделі передбачають розрахунок електромагнітного поля у всіх зонах пристрою як в одній системі координат ротора та статора одночасно. Проведено порівняльний аналіз отриманих результатів.
Process modeling in nonlinear electric circuits and devices using the differential harmonic method
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Glukhivskyi, Lev
The article presents the basic principles of a differential harmonic method for the numerical calculation of transient and steady-state periodic processes in nonlinear electric circuits and devices with vibrations caused by periodic external forces. There is the diagram of conversion of differential equations, describing electric circuits and devices and operating with their instant variables, to differential equations operating with the harmonic amplitude vectors, given in the article. It is shown how to obtain the amplitude values of the vectors of harmonics in periodic steady-state processes and their dependences on the time in transients by numerical methods. Викладено основні засади диференційного гармонічного методу для чисельного розрахунку перехідних і усталених періодичних процесів у нелінійних електричних колах і пристроях, які містять зовнішні періодичні сили, що зумовлюють коливання. Наведено схему перетворення диференціальних рівнянь, які описують електричні кола і пристрої і оперують їх миттєвими змінними, до диференціальних рівнянь, які оперують векторами амплітуд гармонік. Показано спроби отримання чисельними методами значень векторів амплітуд гармонік в усталених періодичних процесах і їх залежностей від часу у перехідних процесах.
Modification of indirect methods of electrical parameters determination in live circuits
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2013) Olszowiec, Piotr
The existing indirect methods for electrical parameters’ measurement of two-terminal elements exhibit a substantial limitation. Such parameters as resistance, inductance and capacitance are determined by means of current, voltage or power measurement and calculation using relevant formulas. Accuracy of these procedures is lowered by internal impedance of the applied meters. In the paper, there are proposed a few modifications of the well-known indirect methods aimed at eliminating their errors. Існуючі непрямі методи для визначення електричних параметрів двоклемових елементів мають суттєве обмеження. Такі параметри як опір, індуктивність і ємність визначають через вимірювання струму, напруги і потужності, а також розраховуючи їх за допомогою відповідних формул. Точність цих методів знижується через власний імпеданс вимірювальних приладів, що використовуються. У цій статті запропоновано декілька модифікацій добре відомих непрямих методів. Завдання цих модифікацій полягає в усуненні похибок, що виникають у разі застосування існуючих методів.