Удосконалення методу аналіза нелінійних електротехнічних систем на основі методу малого параметра

Автор(и)

  • Mariia Maliakova Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградского вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, Україна, 39600, Україна https://orcid.org/0000-0001-8816-2503

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.136398

Ключові слова:

нелінійна система, електричне коло, аналіз, метод малого параметра, частотна область, автоматизований алгоритм

Анотація

Для аналітичного аналізу нелінійних електричних кіл електротехнічних систем був використаний метод малого параметра, реалізований в частотної області. Для можливості реалізації розрахунків в частотної області використовувався автоматизований метод формування ортогональних гармонійних складових електричних величин на базі алгоритму дискретної згортки. Характеристика нелінійного елемента була представлена поліноміальною функцією третього ступеня. Показано, що застосування методу малого параметра з його реалізацією в частотної області дозволяє спростити процес аналізу електричних кіл з нелінійними елементами в аналітичному за рахунок автоматизації розрахунків у математичному пакеті. Аналітичні і чисельні розрахунки кола з активно-індуктивним навантаженням продемонстрували достатню точність запропонованого методу, відносна похибка за основною гармонікою струму не перевищила 6 %. Проведений порівняльний аналіз запропонованого методу малого параметра з класичним методом малого параметра на прикладі розрахунку електричного кола з RL навантаженням показав, що розроблений метод забезпечує більшу адекватність результатів та вищу точність розрахунків у порівнянні із існуючим. Відносна похибка за амплітудою першої та третьої гармонік струму не перевищує 2,5 % та за фазою – 1,042·10–3 %. Метод чисельного структурного моделювання застосовувався для визначення еталонних значень струму досліджуваного кола. Результати роботи можуть бути використані при розрахунках електротехнічних пристроїв, що містять напівпровідникові елементи і електричні апарати з нелінійними характеристиками. Також отримані результати дозволять удосконалити процеси активної компенсації вищих гармонік струму в електричних мережах з нелінійним навантаженням, що містить, а також розробляти засоби пасивної компенсації

Біографія автора

Mariia Maliakova, Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградского вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, Україна, 39600

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра електричних машин та апаратів

Посилання

  1. Zaezdniy, A. M. (1973). Bases for nonlinear and parametric radio circuits. Moscow: Svyaz, 448.
  2. Shydlovska, N. (1999). Analysis of nonlinear electric circuits by the small parameter method. Kyiv: Evroindeks, 192.
  3. Bessonov, L. (2001). Theoretical foundations of electrical engineering. Electric circuits. Мoscow: Gardariki, 638.
  4. Zeveke, G., Ionkin, P., Netushil, А. et. al. (1975). Basics of circuit theory. Мoscow: Energiya, 752.
  5. Tonkal, V., Novoseltsev, А., Denisuk, S. et. al. (1992). Energy balance in the electric circuits. Kyiv: Naukova dumka, 312.
  6. Zhou, X., Zhou, D., Liu, J., Li, R., Zeng, X., Chiang, C. (2004). Steady-state analysis of nonlinear circuits using discrete singular convolution method. Proceedings Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition. doi: https://doi.org/10.1109/date.2004.1269078
  7. Li, X., Hu, B., Ling, X., Zeng, X. (2001). A wavelet balance approach for steady-state analysis of nonlinear circuits. ISCAS 2001. The 2001 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (Cat. No.01CH37196). doi: https://doi.org/10.1109/iscas.2001.921249
  8. Zhu, L. (Lana), Christoffersen, C. E. (2006). Transient and Steady-State Analysis of Nonlinear RF and Microwave Circuits. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2006, 1–11. doi: https://doi.org/10.1155/wcn/2006/32097
  9. Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2015). Analysis of electric circuits with semiconductor converters with the use of a small parameter method in frequency domain. COMPEL – The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 34 (3), 808–823. doi: https://doi.org/10.1108/compel-10-2014-0260
  10. Zagirnyak, M., Kalinov, A., Maliakova, M. (2013). Analysis of instantaneous power components of electric circuit with a semiconductor element. Archives of Electrical Engineering, 62 (3). doi: https://doi.org/10.2478/aee-2013-0038
  11. Czarnecki, L. S. (2009). Effect of Supply Voltage Harmonics on IRP-Based Switching Compensator Control. IEEE Transactions on Power Electronics, 24 (2), 483–488. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2008.2009175
  12. Czarnecki, L. S. (2004). On some misinterpretations of the instantaneous reactive power p-q theory. IEEE Transactions on Power Electronics, 19 (3), 828–836. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2004.826500
  13. Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2015). Analysis of operation of power components compensation systems at harmonic distortions of mains supply voltage. 2015 Intl Aegean Conference on Electrical Machines & Power Electronics (ACEMP), 2015 Intl Conference on Optimization of Electrical & Electronic Equipment (OPTIM) & 2015 Intl Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems (ELECTROMOTION). doi: https://doi.org/10.1109/optim.2015.7426958
  14. Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2015). Compensation of higher current harmonics at harmonic distortions of mains supply voltage. 2015 16th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). doi: https://doi.org/10.1109/cpee.2015.7333388
  15. Al-Mashakbeh, A. S., Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2017). Improvement of compensation method for non-active current components at mains supply voltage unbalance. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (85)), 41–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.87316
  16. Zagirnyak, M., Kalinov, A., Chumachova, A. (2013). Correction of operating condition of a variable-frequency electric drive with a non-linear and asymmetric induction motor. Eurocon 2013. doi: https://doi.org/10.1109/eurocon.2013.6625108
  17. Prus, V., Nikitina, A., Zagirnyak, M., Miljavec, D. (2011). Research of rnergy processes in circuits containing iron in saturation condition. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 87 (3), 149–152. Available at: http://pe.org.pl/articles/2011/3/39.pdf
  18. Zagirnyak, M. V., Rodkin, D. I., Korenkova, T. V. (2014). Estimation of energy conversion processes in an electromechanical complex with the use of instantaneous power method. 2014 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition. doi: https://doi.org/10.1109/epepemc.2014.6980719
  19. Al-Mashakbeh, A. (2016). A diagnostic of induction motors supplied using frequency converter basing on current and power signal analysis. Przegląd Elektrotechniczny, 1 (12), 7–10. doi: https://doi.org/10.15199/48.2016.12.02
  20. Zagirnyak, M., Mamchur, D., Kalinov, A. (2014). A comparison of informative value of motor current and power spectra for the tasks of induction motor diagnostics. 2014 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition. doi: https://doi.org/10.1109/epepemc.2014.6980549
  21. Zagirnyak, M. (2017). An analytical method for calculation of passive filter parameters with the assuring of the set factor of the voltage supply total harmonic distortion. Przegląd Elektrotechniczny, 1 (12), 197–200. doi: https://doi.org/10.15199/48.2017.12.49
  22. Salmeron, P., Litran, S. P. (2010). Improvement of the Electric Power Quality Using Series Active and Shunt Passive Filters. IEEE Transactions on Power Delivery, 25 (2), 1058–1067. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2009.2034902
  23. Ginn, H. L., Czarnecki, L. S. (2006). An Optimization Based Method for Selection of Resonant Harmonic Filter Branch Parameters. IEEE Transactions on Power Delivery, 21 (3), 1445–1451. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2008.2009899
  24. Luchetta, A., Manetti, S., Reatti, A. (2001). SAPWIN-a symbolic simulator as a support in electrical engineering education. IEEE Transactions on Education, 44 (2). doi: https://doi.org/10.1109/13.925868
  25. Huelsman, L. P. (1996). SAPWIN, Symbolic analysis program for Windows – PC programs for engineers. IEEE Circuits and Devices Magazine, 6.
  26. Moura, L., Darwazeh, I. (2005). Introduction to linear circuit analysis and modelling from DC to RF, MatLAB and SPICE. Burlington, 405.
  27. Raju, A. B., Karnik, S. R. (2009). SEQUEL: A Free Circuit Simulation Software as an Aid in Teaching the Principles of Power Electronics to Undergraduate Students. 2009 Second International Conference on Emerging Trends in Engineering & Technology. doi: https://doi.org/10.1109/icetet.2009.200
  28. Pires, V. F., Silva, J. F. A. (2002). Teaching nonlinear modeling, simulation, and control of electronic power converters using MATLAB/SIMULINK. IEEE Transactions on Education, 45 (3), 253–261. doi: https://doi.org/10.1109/te.2002.1024618
  29. Chen, W.-K. (2009). Feedback, Nonlinear, and Distributed Circuits. CRC Press, New York, NY, 466.
  30. Zagirnyak, M., Kalinov, A., Maliakova, M. (2011). An algorithm for electric circuits calculation based on instantaneous power component balance. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 87 (12), 212–215. Available at: http://pe.org.pl/articles/2011/12b/59.pdf
  31. Nayfeh, А. H., Chen, C.-Y. (1999). Perturbation methods with mathematica. Nonlinear dynamic. Wiley, 437.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-07-20

Як цитувати

Maliakova, M. (2018). Удосконалення методу аналіза нелінійних електротехнічних систем на основі методу малого параметра. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (94), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.136398

Номер

Том 4 № 5 (94) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Mariia Maliakova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.