Computational Problems Of Electrical Engineering. – 2014 – Vol. 4, No. 1

Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/26564

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, 2014. – Volume 4, number 1. – 102 р.

Browse

Now showing 1 - 20 of 22

Circuit mathematical models of electric devices
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Tchaban, Vasyl
On the basis of the main laws of electromagnetic circuit theory we propose general approach to creating four concepts of circuit mathematical models of electrical devices. It is shown that by the same assumptions their discrete analogues are different. Owing to this idea, the real possibility to present differential equatons of industrial electrical devices (static and electromechanic ones) and the systems formed by them in the normalized Cauchy form is shown, which is very important for the analysis of the long-term processes. На підставі основних положень теорії електро-магнетних кіл, пропоновано загальний підхід до побудови чотирьох видів колових математичних моделей електротехнічних пристроїв, кожна з яких має своє призначення. Показано, що при однакових допущеннях їхні дискретні аналоги суттєво відрізняються. На цій підставі вперше отримано реальну можливість представити диференціальні рівняння промислових електротехнічних пристроїв (статичних і електромеханічних) та систем, що вони утворюють, у нормальній формі Коші, що дуже важливо для аналізу тривалих перехідних процесів.
Features of monitoring the traction transmission of a running electrical complex in the event of its deviation from the schedule
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Kulagin, Dmytro; Andriyenko, Petro
The purpose of this work is to mathematically describe the problem of traction transmission control to suppress deviations from a schedule. A mathematical description of the algorithm solves the problem of traction transmission control. The description of the problematic issue is based on the device variations. The object of the analysis is a specified performance criterion of the studied system, being considered as a function of the significant parameters of the system and the environment. The goal of optimization is to attain minimum operation per running unit at given trajectory values. The optimization resource comprises the control values of a traction motor, a parameter of complex traction control, and parameters for control of a braking force component. Автори математично описали задачі керування тяговою електропередачею для подолання рухомим електротехнічним комплексом відхилення від графіка руху. В статті запропоновано математичне описання алгоритму вирішення поставленої задачі керування тяговою електропередачею. Описання проблемного питання здійснено на основі апарату варіаційного числення. Об’єктом аналізу заданий критерій ефективності досліджуваної системи.
Computer simulation of an autonomous contra-rotating wind turbine taking into account parameter differences and wind rotor work conditions
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Shchur, Ihor; Kovalchuk, Andrii
The work of an autonomous contra-rotating vertical axis wind turbine (VAWT), which uses a special device, i.e. a rotary transformer, has been examined in the article. The latter performs two functions: contactless transmission of generated electric energy from the moving armature of synchronous generator with permanent magnets and automatic control of VAWT electrical load. To construct the quasi-optimal control system, the estimator of average wind speed, which covers two wind rotors, was developed. Computer simulation was carrying out on a test wind profile taking into account parameter differences and work conditions of two wind rotors. The results showed satisfactory efficiency of VAWT work at such conditions. Досліджено роботу малопотужної автономної контрроторної вітроелектроустановки (ВЕУ) з вертикальною віссю обертання, у якій застосовується спеціальний пристрій - трансформатор із обертовою половиною. Останній виконує дві функції: безконтактну передачу згенерованої електричної енергії від рухомого якоря синхронного генератора з постійними магнітами та автоматичне регулювання електричного навантаження ВЕУ. Для побудови системи квазіоптимального керування розроблено естиматор середньої швидкості вітру, який охоплює два вітроротори. Імітаційне моделювання проводилося на тестовому профілі вітру з урахуванням розбіжності параметрів та умов роботи вітророторів. Результати показали задовільну ефективність роботи ВЕУ в таких умовах.
State and prospects of computerized systems monitoring the topology of surfaces, based on white light іnterferomertry
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Stadnyk, Bohdan; Manske, Eberhard; Khoma, Anna
This paper describes a computerized system for object topology control based on a white light interferometer. The theoretical fundamentals of white light interferometry and mathematical model of an interferogram are presented. An overview and comparative analysis of methods for the reconstruction of the topology of surfaces based on a white light interferogram are performed, their main advantages and disadvantages are defined, and the objectives for the development of computerized systems are formulated. Описано комп’ютеризовану систему контролю топології об’єкта на базі інтерферометра білого світла. Подано основні теоретичні відомості оптичної інтерферометри та наведено математичну модель інтерферограми. Проведено огляд та порівняльний аналіз методів реконструкції топології поверхні із інтерферограми білого світла, визначено їх основні переваги та недоліки, а також сформульовано завдання щодо розвитку комп’ютеризованих систем.
Preparation of papers for CPEE
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014)
Tolerance analysis and optimization of linear periodically time-variable circuits based on the frequency symbolic method
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Shapovalov, Yuriy; Mandziy, Bohdan; Bachyk, Dariya
The paper presents the procedures of tolerance analysis and optimization of linear periodically time-variable circuits, based on the frequency symbolic method and realized by the system of functions MAOPCs in an environment MATLAB. The peculiarity of tolerance analysis and circuit optimization consists in the fact that previously the assessment of asymptotic stability of the investigated linear periodically time variable circuit within the given limits of changes of circuit parameters is carried out and the permissible areas of their change in which the circuit is stable are determined. Exclusively in these areas tolerance analysis and optimization is realized. Розглянуто процедури аналізу допусків та оптимізації лінійних параметричних кіл, які основані на частотному символьному методі та реалізовані системою функцій MAOPCs у середовищі MATLAB. Особливість аналізу допусків та оптимізації полягає у тому, шо попередньо проводиться оцінка стійкості (асимптотичної) досліджуваного лінійного параметричного кола в заданих межах зміни параметрів та визначення областей допустимої їх зміни, у яких коло є стійким. Виключно у цих областях відбувається аналіз допусків та оптимізація.
InSb microcrystals for sensor electronics
(Видавництво Львівської політехніки, 2014) Druzhynin, Anatoliy; Ostrovskyi, Ihor; Khoverko, Yuriy; Khytruk, Ihor; Rogacki, Krzysztof
The processes of electron scattering on the short-range potential caused by interaction with polar and nonpolar optical phonons, piezoelectric and acoustic phonons, static strain centers and ionized impurities in n- InSb with the defect concentration of 3 *1017 cm-" are considered. The temperature dependences of electron mobility ranged between 4,2 K and 500 K are calculated. Based on the InSb whiskers, there was elaborated a highly sensitive Hall sensor operating in the wide range of temperatures between 4,2 K and 500 K and magnetic fields (up to 10T) with a sensitivity of~3,5 mV/T. Розглянуто процеси розсіяння електронів на близько-діючому потенціалі, викликаного взаємодією з полярними та неполярними оптичними фононами, п’єзоелектричними та акустичними фононами, іонізованими домішками та центрами статичної деформації в n-InSb з концентрацією дефектів 3 х10 см" . У межах точного розв’язку стаціонарного рівняння Больцмана на основі принципу близькодії розраховано температурні залежності рухливості електронів в інтервалі 4,2-500 К. Встановлено добре узгодження теорії та експерименту у дослідженому інтервалі температур. На основі ниткоподібних кристалів InSb розроблено холлівський датчик, дієздатний у широкому температурному інтервалі 4,2-500 К та в області високих магнітних полів (до 10 Тл) з чутливістю -3,5 мВ/Тл.
Зміст до "Computational Problems of Electrical Engineering" Volume 4, number 1
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014)
Reduction of force ripples in linear motors
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Kharchyshyn, Bohdan; Khai, Mykhailo; Moroz, Volodymyr
The influence ofhigher field harmonics of permanent magnets, and asymmetry of flux linkages according to the phase shift on the value of force ripples in linear motors is studied. The solution to this problem is based on a higher field harmonics analysis in the active zone of a two-phase permanent-magnet cylindrical linear motor. The laws of gate current variation due to the position of the slider, which allows the compensation of these ripples, are established. Досліджено вплив вищих гармонік поля постійних магнітів та несиметрії потокозчеплень за фазовим зсувом на величину пульсації зусилля лінійного двигуна. Вирішення цієї проблеми грунтується на аналізі вищх гармонік магнітного поля в активній зоні двофазного лінійного двигуна з постійними магнітами. Встановлено закони зміни струмів керування від положення повзуна, що дає змогу компенсувати ці пульсації.
The effect of an electromagnetic shielding on the forces acting among the conductors of three-phase lines
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Mayer, Daniel; Ulrych, Bohus; Kropik, Petr
When designing rotating electrical machines, transformer, and other electrical equipment for high power, it is necessary to resist the forces between the conductors carrying heavy currents. The paper deals with the magnetic shielding, which can reduce these forces. It presents a mathematical model of the magnetic field in the area of three parallel conductors ofthree-phase supply. Based on the numerical solution the Lorentz force per unit length of conductors has been determined. The calculation of eddy current losses in the shielding jacket has been performed. The computational algorithm is illustrated with numerical examples. The general rules for a reliable design of shielding have been developed. Під час проектування обертових електричних машин, трансформаторів та іншого електрообладнання високої потужності необхідно враховувати сили взаємодії між проводами зі струмами з великим чинним значенням. Розглянуто магнітне екранування, яке може зменшити ці сили. Викладено математичну модель магнітного поля в області трьох паралельних провідників трифазного живлення. На підставі числового розв’язання знайдено силу Лоренца, що діє на одиницю довжини провідників. Проведено розрахунок втрат на вихрові струми в захисному екрані. Обчислювальний алгоритм ілюструється числовими прикладами. Запропоновано загальні рекомендації для конструювання надійного екранування.
Interrelated processes of local electric field amplification in solid dielectrics, contributing to their degradation
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Shcherba, Maksym
The complex processes of local disturbance of an electric field, as well as the amplification of electrical strength and mechanical and thermal intensities in the solid dielectric, depending on the configuration of its conducting micro-inclusions are described. The analysis of the increase of maximal field strength, stressed volume, electromechanical pressures, forces, and the total current density in the cross-linked polyethylene insulator as the main factors determining the deerministic and stochastic processes of its degradation in the strong disturbed harmonic electric field is performed. Описано особливості локального підсилення електричного поля, а також електричних, механічних і термічних напруженостей у твердому діелектрику в залежності від конфігурації його провідних мікровключень. Проведено аналіз умов збільшення максимальної напруженості поля, напруженого об’єму, електромеханічних тисків, сил і густини повного струму в діелектрику як основних факторів, що визначають детерміновані та стохастичні процеси його деградації в збуреному гармонічному електричному полі.
Conditions for application of asymptotic method to electromagnetic field analysis in the system of “a current loop-an electroconducting body”
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Vasetskyi, Yuriy; Mazurenko, Iryna; Dziuba, Konstiantyn
A study of the conditions of application of an approximate method for analysis of a threedimensional pulse electromagnetic field with an arbitrary current loop, which is located near the flat surface of a conductive body, has been performed. It has been shown that each term of the asymtotic series is calculated with some accuracy, and therefore it has its own minimum cutoff frequency. An assessment of cutoff frequencies has been done and appropriate intervals from the pulse start have been obtained depending on the number of the series’ term and its chosen tolerable error. Проведено дослідження умов застосування наближеного методу розрахунку тривимірного імпульсного електромагнітного поля довільного контура зі струмом, розташованого поблизу плоскої поверхні електропровідного тіла. Показано, що кожний член асимтотичного розкладання обчислюється з певною похибкою, у зв’язку з чим він має власну мінімальну граничну частоту. Отримано оцінку гранічних частот та встановлено відповідні проміжки часу від початку імпульсу в залежності від номера члена ряду і обраної припустимої його похибки.
Schur-complement based parallel finite element analysis coupled with circuit and mechanical equations
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Marcsa, Daniel; Kuczmann, Miklos
The analysis and design of electromechanic devices involve the solution of large sparse linear systems, and require, therefore, high performance algorithms. In this paper, the Schur complement method with a parallel preconditioned conjugate gradient (PCG) solver is introduced into two-dimensional parallel time- stepping finite element formulation to analyze a rotating machine considering an electromagnetic field, external circuit and rotor movement. The proposed parallel solver with two preconditioners is analyzed concerning its computational efficiency and number of iterations. The results of the simulation of a rotating machine are also presented. Розрахунок та проектування електромеханічних пристроїв передбачають розв’язування великих лінійних розріджених систем рівнянь, що потребують застосування високоефективних алгоритмів. У цій роботі застосовано техніку доповнення Шура із попередньо зумовленим методом спряжених градієнтів до аналізу режиму електричної машини - розрахунку електромагнітного поля, зовнішнього кола та механіки ротора. Задачу сформульовано у двовимірній постановці методом скінченних елементів з проведенням розпаралелення розрахунків. Запропоновану методику розпаралелення з двома операторами попереднього обумовлення проаналізовано стосовно її обчислювальної ефективності та кількості ітерацій. Продемонстровано результати моделювання електричної машини.
Свідоцтво про державну реєстрацію друкованого засобу масової інформації
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014)
Service provisioning by using a structure stability algorithm in a virtualized data center based on cloud technology
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Strykhalyuk, Bogdan; Shpur, Olga; Masiuk, Andriy
This paper is devoted to the problem of reducing the time for processing of the requests that arrive at a data center to be serviced, taking into account a topological structure of the center. However, to take into account the structure of the data center is not enough, an important factor while servicing the requests is survivability of such a structure, because when the structure is stable, the system performs faster and redirects the required service to a user. In this paper, there is a method proposed for assessing stability of the structure of virtualized data centers taking into account intensity of the requests that arrive at VM. This will allow based on the structure stability at a particular moment the recalculation of an optimal transmission route to be skipped that will reduce service delays. Висвітлено проблему зменшення часу обслуговування (обробки) запитів, які надходять на обслуговування до центру обробки даних, з урахуванням топологічної структури такого центру. Проте врахування структури ЦОД недостатньо, важливим фактором живучість такої структури, адже чим стійкіша структура, що система швидше виконує та перенаправляє користувачеві необхідний сервіс. Для цього у статті запропоновано метод оцінки стійкості структури віртуалізованого ЦОД з урахуванням інтенсивності запитів, що надходять до VM, що дасть змогу на підставі даних про стійкість структури в конкретні моменти часу не здійснювати повторний перерахунок оптимального шляху передачі, що призведе до зменшення затримки в разі надання сервісу.
Editor remark
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014)
The editorial board asks our readers to pay attention to the fact that due to an error the final part of an article published in Computational Problems of Electrical Engineering, vol. 3, no. 1 entitled: Vasyl Tchaban “Symmetry of energy” has to be read differently.
Voltage resonant inverter as a power source
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Lupenko, Anatoliy; Stakhiv, Petro
The operation mode of a voltage resonant inverter as a power source with variable load is analyzed. In order to reduce load power variations, an approach to development of the inverter’s load power response based on providing similar positive and negative power deviations from its nominal value has been proposed. The design procedure for resonant inverter with open loop structure as a power source has been elaborated. For a high pressure sodium lamp as a load, the power deviation of about 4% from its nominal power in case of two fold increase of the lamp resistance thriughout its lifetime has been achieved. Проаналізовано режим роботи резонансного інвертора напруги на змінне навантаження, близький до режиму джерела потужності. Для зменшення варіації потужності в навантаженні запропоновано метод формування потужнісної навантажувальної характеристики резонансного інвертора шляхом забезпечення однакових додатних та від’ємних відхилень його потужності від номінального значення. Розроблено методику розрахунку резонансного інвертора з розімкненою структурою як джерела потужності. На прикладі натрієвої лампи високого тиску як навантаження отримано відхилення потужності 4% від номінальної за двократної зміни опору лампи впродовж всього строку її служби.
Indirect determination of energy data and output power of an induction motor
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Zagirnyak, Mykhaylo; Kalinov, Andrii; Kostenko, Anna; Nesterov, Igor
A method for indirect determination of energy data and output power on the shaft of an induction motor (IM) is presented. It is demonstrated that the application of the proposed method makes it possible to estimate power efficiency of IM operation without its withdrawal from the manufacturing process with minimum information about electric drive (ED) parameters and under the conditions of the impossibility of using power equipment for the creation of special operating conditions and testing actions. The possibility of the calculation of IM output power both under static and dynamic conditions on the basis of the motor constant losses determined for an idle mode without their division into core losses and losses in mechanical assemblies is substantiated. Experimental research has proved the efficiency and sufficient accuracy of the proposed method for the calculation of IM output power. Представлено метод непрямого визначення енергетичних показників та потужності на валу асинхронного двигуна (АД). Показано, що застосування цього методу дає змогу оцінити енергетичну ефективність роботи АД без вилучення його із технологічного процесу за мінімальної можливої інформації про параметри електроприводу (ЕП) і в умовах практичної неможливості використання силового обладнання для створення спеціальних режимів роботи і тестових впливів. Обгрунтовано можливість розрахунку потужності на валу АД як в статичних, так і в динамічних режимах, на базі постійних втрат двигуна, що визначаються у режимі холостого ходу, без їх поділу на втрати в сталі і втрати в механічних вузлах. Експериментальні дослідження довели точність і ефективність запропонованого методу при розрахунку потужності на валу АД.
Mathematical model of a semiconductor converter with eight-zone regulation of output voltage
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Mykhaylenko, Vladyslav; Karelin, Serhii; Kunyk, Julia; Chunyak, Julia
In this article the analysis of electromagnetic processes in electrical circuits with semiconductor switches has been performed. A mathematical model for analysis of electromagnetic processes in semiconductor converter with pulse-width regulation of output voltage has been developed. Time diagrams reflecting electromagnetic processes in electrical circuits are presented. Today one of the most powerful tools for calculations, analysis and optimization of semiconductor converters (SCC) of electrical energy and devices of power and information electronics are modern software packages of personal computers (PC). The practical use of this software is especially relevant and justified now, when the capacity and software of modern PCs in the age of enchanced informativity have been developed to such an extent that users only need to focus their efforts on solving scientific and technical problems in a certain fields of their specialization. In this work the package MATHCAD has been applied. Проведено аналіз електромагнітних процесів в електричних колах з напівпровідниковими комутаторами. Створено математичну модель для аналізу електромагнітних процесів у напівпровідникових перетворювачах з широтно-імпульсним регулюванням вихідної напруги. Наведено графіки, що відображають електромагнітні процеси у електричних колах. Сьогодні одним з найпотужніших інструментів для розрахунків, аналізу та оптимізації напівпровідникових перетворювачів (НПП) електроенергії та пристроїв силової та інформаційної електроніки є сучасні пакети програмного забезпечення персональних комп’ютерів (ПК). Практичне використання такого програмного забезпечення особливо актуальне і виправдане зараз, коли в умовах розширеної інформаційності потужність та пакети програм сучасних ПК стали такими, що їхнім користувачам тільки потрібно зосередити свої зусилля на вирішенні науково-технічних задач, притаманних лише певним профілям їхньої спеціалізації. У цій роботі використано пакет MATHCAD.
Approximation of fractional order differential-integral controllers by integer order transfer functions
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2014) Marushchak, Yaroslav; Kopchak, Bohdan
Розглянуто апроксимацію диференціально-інтегрувальних регуляторів дробового порядку передавальними функціями цілого порядку за використання перетворення Оусталоупа. The article is devoted to the approximation of fractional order differential-integral controllers by integer order transfer functions using the Oustaloup transformation. The dependence of the accuracy of practical approximation of fractional differential and integral units by the ratio of integer order polynomials on the Oustaloup transformation order has been examined. A modification of the Oustaloup method in which the order of the numerator polynomial is decremented by one has been proposed, and the recommendations for practical implementation of analog fractional order PI controllers have been made. Досліджено залежність точності практичної апроксимації дробових диференціальної та інтегральної ланок відношенням поліномів цілого порядку від порядку перетворення Оустолоупа. Запропоновано модифікацію методу Оусталоупа, в якій порядок поліному чисельника зменшений на одиницю і розроблено рекомендації шодо практичної реалізації аналогових ПІ-регуляторів дробового порядку.