SIGMA-NOT - PORTAL INFORMACJI TECHNICZNEJ - Największa baza artykułów technicznych online

Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma

In memoriam - wspomnienie o Tomaszu Zyssie w rocznicę śmierci

Andrzej Krawczyk

Rok temu, 29 marca 2017 roku, odszedł od nas, przez wielu z nas niezauważenie, dr Tomasz Zyss, wieloletni członek Polskiego Towarzystwa Zastosowań Elektromagnetyzmu, inspirujący wielu z nas do badań w dziedzinie szeroko pojętego bioelektromagnetyzmu, zawsze optymistyczny, przyjacielski - dobry Człowiek i wspaniały naukowiec. Niech mi wolno będzie przekazać kilka myśli, które wiążą się z Tomaszem i naszą współpracą. Moje pierwsze spotkanie z Tomkiem miało miejsce ponad dwadzieścia lat temu, gdzieś w połowie lat dziewięćdziesiątych minionego wieku. Pracowałem wtedy w Instytucie Elektrotechniki w Międzylesiu i pewnego dnia pojawił się u mnie młody człowiek, który przedstawił się ... »

A Synchronous Resonant Switched-Capacitor DC-DC Boost Converter - Experimental Results And Feasibility Model - DOI:10.15199/48.2018.05.24

Robert STALA Adam KAWA Adam PENCZEK Zbigniew WARADZYN Andrzej MONDZIK

The switched-capacitor (SC) converters have some important advantages in comparison to other concepts, such as high voltage gain, quasi inductiveless design, low weight of the converter, high efficiency and very simple control. The SC DC-DC converters represents a wide family of topologies, with multiple representation in the scientific literature [1]-[14]. a) b) Fig.1. DC-DC converter in the topology of: (a) basic Resonant Switched-Capacitor Voltage Multiplier (SCVM), (b) Synchronous Resonant Switched-Capacitor Voltage Multiplier (SYSCVM) [9] The SCVM converter (Fig. 1a) is an interesting and attractive topology from the applications standpoint, owing to its relatively simple and modular composition. This converter can create a representative research model for investigations of problems related to SC topologies. High efficiency of the power SC converter is achieved by the application of resonant circuits for charging and discharging of the switched capacitors. However, one of the major sources of losses is located in the diodes placed in the charging circuits. Thus, the concept of improvement of efficiency using the multiplier SYSCVM (Fig. 1b) was introduced in [9]; however, without an experimental confirmation. This paper presents results of the analytical and experimental research of the SYSCVM, demonstrating the operation, feasibility and efficiency performance of the converter. Basics of operation of the SYSCVM The SYSCVM operates in a similar way as the basic SCVM [9], by charging the switched capacitors from the input source in parallel connection, and discharging them to the output capacitor in a series connection (Fig. 2). (a) (b) (c) (d) Fig.2. Operating principle of the SYSCVM: (a) charging of the capacitors through the lower and upper MOSFET transistors, (b) charging of the capacitors through the lower transistors and upper diodes, (c) discharging of the capacitors, (d) control of switches and parameters... »

Transformator hybrydowy z dwubiegunowym przekształtnikiem AC/AC bez magazynu energii DC - DOI:10.15199/48.2018.05.14

Jacek KANIEWSKI

Amplituda napięcia jest jednym z najważniejszych parametrów jakościowych energii elektrycznej. Parametry energii elektrycznej w sieciach dystrybucyjnych są ściśle określone [1]. Jednak w wyniku rozmaitych stanów dynamicznych występujących w systemie elektroenergetycznym, powodowanych przez zjawiska łączeniowe, niekorzystne warunki atmosferyczne, niekontrolowane przypływy energii, dynamiczne zmiany obciążenia, itp. (rys. 1), amplituda napięcia ulega zmianom. Zmiany amplitudy napięcia, wahania, gwałtowne skoki, zapady, przepięcia, mogą powodować niewłaściwą pracę urządzeń elektrycznych, a nawet ich uszkodzenia [2], co w przypadku odbiorców przemysłowych prowadzi do znacznych strat finansowych. Rys.1. Główne przyczyny wahań napięcia w systemie elektroenergetycznym Roczne koszty powodowane zapadami i zanikami napięcia w Europie szacowane są na 10 miliardów euro, podczas gdy działania prewencyjne pozwalające uniknąć tak wysokich kosztów szacuje się na około 5% tej kwoty [3], [4]. Ponad połowa tych kosztów generowana jest w sektorze przemysłowym, reszta w sektorach publicznym - ok. 9%, i usługowym - ok. 32% [4]. Biorąc pod uwagę powyższe, kwestia utrzymania odpowiednich parametrów jakościowych energii elektrycznej, a zwłaszcza amplitudy napięcia w sieci elektroenergetycznej staje się problemem nie tylko technicznym, ale również ekonomicznym. Ochronę urządzeń elektrycznych przed niepożądanymi parametrami zasilania z jednej strony realizuje się przez podnoszenie odporności urządzeń na zaburzenia napięcia [5], z drugiej strony przez implementację układów sterowania napięcia przemiennego, przeznaczonych do łagodzenia i eliminacji wahań napięcia w sieci elektroenergetycznej. Istnieje wiele rozwiązań układów sterowania napięcia, nazywanych w literaturze kompensatorami napięcia, kondycjonerami napięcia, regulatorami, stabilizatorami, itp. Pod względem sposobu przekształcania energii można je podzielić (rys. 2) na układy elektryczne... »

Wpływ uszkodzeń silnika indukcyjnego i przekształtnikowego układu napędowego na proces detekcji awarii wybranych czujników pomiarowych - DOI:10.15199/48.2018.05.11

Mateusz DYBKOWSKI Kamil KLIMKOWSKI

Układy odporne na uszkodzenia to systemy charakteryzujące się zwiększoną odpornością na zmiany zachodzące w wybranych procesach na skutek awarii lub innych zdarzeń losowych. W przypadku układów napędowych mówi się o takich systemach, gdy awaria dowolnego elementu wchodzącego w skład elektrycznego układu napędowego nie powoduje utraty jego stabilności i zdolności do kontynuowania dalszej pracy [1], [2], [3]. W przypadku metod sterowania wektorowego rozróżnia się kilka typów układów o zwiększonym stopniu bezpieczeństwa: układy odporne na uszkodzenia elementów elektrycznych przekształtnika częstotliwości [4]-[7], układy odporne na uszkodzenia czujników pomiarowych [8]-[9], układy odporne na uszkodzenia maszyny elektrycznej [10]-[13], układy odporne na dowolne uszkodzenia [1]. W niniejszej pracy poruszono zagadnienia związane z układem odpornym na uszkodzenia czujników pomiarowych prędkości kątowej i prądu stojana w układzie wektorowego sterowania silnikiem indukcyjnym. Analizie poddano wybrane systemy detekcji uszkodzeń, bazujące zarówno na prostych relacjach logicznych oraz na sztucznych sieciach neuronowych. Detektory tego typu były szczegółowo analizowane między innymi w pracach [14]-[16]. W związku z tym, że każdy detektor powinien z możliwie największą skutecznością wykrywać wybrane uszkodzenia, konieczne jest przeprowadzenie analizy wpływu zmienności parametrów schematu zastępczego silnika oraz awarii innych komponentów napędu na proces detekcji uszkodzenia czujnika pomiarowego. Sprawdzono wpływ uszkodzenia przekształtnika częstotliwości oraz silnika indukcyjnego na proces detekcji uszkodzeń enkodera inkrementalnego oraz przetwornika prądu typu LEM. Badania symulacyjne wykonano w środowisku Matlab Simulink. Wybrane wyniki zostały zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym z kartą MicroLabBox DS1202. Wybrane detektory uszkodzeń czujników pomiarowych dla sterowania polowo - zorientowanego W celu detekcji uszkodzeń czu... »

Algorytm GWO zastosowany w optymalizacji adaptacyjnego regulatora neuronowo-rozmytego układu dwumasowego - DOI:10.15199/48.2018.05.13

Marcin KAMIŃSKI

W niniejszym artykule opisano założenia teoretyczne oraz wstępne testy zmodyfikowanego adaptacyjnego regulatora neuronowo-rozmytego, zastosowanego w pętli regulacji prędkości napędu elektrycznego zawierającego sprężyste sprzęgło [1]-[3]. Obliczenia korekt (on-line) współczynników wagowych regulatora realizowane są na podstawie sygnału z predyktora neuronowego. Efektem takiej budowy modelu jest lepsza reakcja na zmiany sygnału zadanego oraz zakłócenia wprowadzane w obiekcie. Zatem, ogólna struktura zawiera dwa modele przestrajane w trakcie pracy napędu. Szczegóły regulatora zostały przedstawione w dalszej części artykułu. Wykazano również, że istotnym elementem etapu projektowania jest poprawne wyznaczenie współczynników wprowadzanych do algorytmu adaptacji. Jednak zależności matematyczne opisujące te wartości są trudne do uzyskania. W związku z tym, w celu optymalizacji tych parametrów zastosowano metaheurystyczny algorytm Grey Wolf Optimizer [4]. Analizując publikacje przedstawiające opisy teoretyczne oraz aplikacje, w różnych dziedzinach, nowoczesnych algorytmów optymalizacyjnych, możliwe jest zaobserwowanie wzrostu zainteresowania tymi metodami. Pierwsze zagadnienia związane z inteligencją roju (Swarm Intelligence) zostały zdefiniowane w artykule [5]. Jednak bardzo wiele z nich, nowych algorytmów, zaproponowano w ostatnich latach. Charakterystyczną cechą tych technik jest wykorzystanie obserwacji zachowań grup organizmów. Ograniczając rozważania do zastosowań w zagadnieniach dotyczących napędów elektrycznych, wśród najpopularniejszych z nich należy wymienić efektywne przykłady aplikacji: Particle Swarm Optimization [6], [7], Artificial Bee Colony [8], [9] oraz algorytm BAT [10], [11]. Wymienione metody stają się coraz bardziej popularne ze względu na charakterystyczne, korzystne cechy (dotyczące założeń teoretycznych oraz związanych z implementacją praktyczną). Poprawki, wyznaczane przez wiele algorytmów, wyliczane są... »

2018-4

Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma

Thermal analysis of smart building - DOI:10.15199/48.2018.04.10

Arkadiusz AMBROZIAK Magdalena STASIAK-BIENIECKA Piotr BORKOWSKI

According to the direction set by the European Union there are actions leading to improve energy efficiency in all domains. Buildings in the EU countries use about 30-40% of primary energy [1]. It is clear that there is a huge potential to minimize electricity consumption in building objects. This is achieved by implementing building management systems. The major part of the energy is used for maintaining the thermal comfort of the occupants. In order to analyse sources of heat and their impact on temperature and humidity distribution in a room, usually Computational Fluid Dynamics modelling software is applied. Simulated room The considered room is located on the third floor of a three-storey building at the Lodz University of Technology. The dimensions of the room, positions and sizes of windows and doors are shown in figure 1. The roof, south and west walls are external walls of the building. Fig. 1. Dimensions of the room (in centimeters) The room is equipped with building management system produced by LCN company. Therefore all sensors used in measurements are compatible with this system. For measuring the temperature LCN-GRT sensors have been used. The resolution of these sensors is 0.1◦C and the accuracy is 0.3◦C (for temperatures between 15◦C -30◦C). For measuring the relative humidity LCN-EFS sensors have been used. Their resolution is 1% and the accuracy is ±4% in the range 20%-80%. Based on the guidelines contained in Norm [2] and own experiments the positions of the temperature and humidity sensors have been set in the centre of the western wall at 0.1, 0.8 and 1.1 m. LCN is a distributed building management system. It does not keep any archival data from devices and sensors. In order to control and visualize all LCN system data an additi... »

Development of glow discharge devices for steel and cast iron nitrification - DOI:10.15199/48.2018.04.22

Ryszard NIEDBAŁA Marcin WESOŁOWSKI

The process of external layers of different materials modification by the chemical vapor deposition (CVD) with the utility of glow discharge (PACVD) wal applied since the middle of twentieth century. The most popular process realized by the utility of this technique is the nitrification in glow discharge conditions, called the ion nitrification or plasma nitrification. This process can be defined as thermo - chemical treatment and involves the saturation of external surfaces of steel or cast iron with the nitrogen. As the result, the surfaces are cured and their resistance for chemical corrosion increases. Basic disadvantage of the technique is relatively long time required for the process. Maximal values can reach 100 hours and more. Despite the low temperature values (about 450 - 550°C), a very important factor that have a strong influence on design of glow discharge devices was a minimization of energy consumption, due to mentioned long process times. Only solutions characterized by abnormal discharge were acceptable according to possibility of ion bombing of whole workload surface. During the glow discharge process energy and ions (mass) are delivered together to the workload. Design of vacuum chambers is always connected with the type of used power supply. In the simplest solutions, DC power supplies are in use. But their characteristics are not optimal. Today, most important are advanced pulse power sources. Glow discharge characteristics Features and characteristics of discharges in sparse gases with pressure values from several to (about) fifteen hPa in industrial devices are completely different in comparison to the description obtained in laboratory devices. The observed variances result, mainly, from the fact that the workload (cathode) is characterized by different geometrical and material parameters for any process. Additionally, cathodes have a complicated shapes and anodes are relatively small in comparison... »

Numerical modeling of plasma Actuator at high pressure - DOI:10.15199/48.2018.04.07

Abdelkader MEKRI Abdelghani BOUKRERIS Ben-Yssad KRALOUA Ali HENNAD

Flow control plasma actuator has been widely studied over the past two decades as a means to reduce drag and improve performance of aerodynamic bodies [1][2][3]. Recently, the most commonly used plasma actuator has become the sliding-dielectric barrier-discharge (SDBD). A typical configuration of the SDBD is indicating the geometrical parameters of interest for its operation. Plasma actuator consists of two electrodes attached to opposite sides of a dielectric sheet. When high voltage pulse sufficient amplitude is applied between the electrodes, the intense electric field partially ionizes the surrounding air producing no thermal plasma on the dielectric surface. The collisions between the neutral particles and accelerated ions generate a net body force on the surrounding fluid leading to the formation of an “ionic wind" [4]. The body force can be used to impart the desired flow control outcome on a given fluid system. The numerical modeling of the plasma produced by a SDBD actuator to which a short high voltage pulse is applied is described in this work. This numerical model offers the advantages of a detailed description of the plasma, providing the spatial and temporal evolution of the charged species and allowing the computation of electrohydrodynamic forces. However, these outputs are meaningful only if the model is able to describe the physics accurately. This last point is the main challenge with the numerical modeling of the plasma at atmospheric pressure, since the experimental validation is difficult to perform for other than very global characteristics of the plasma, such as the velocity of streamers or its spatial extent. In this paper, we outline a numerical simulation methodology for plasma actuators. The transport equations and Poisson's equation formed self-consistent model [5]. We use Scharfetter and Gummel schemes SG and SG0 [6] [7] [8]. Coupling at time splitting method [5] [8] [9] to resolve the ... »

Magnetic field analysis of the Inductive Dynamic Drive - DOI:10.15199/48.2018.04.12

Michał RODAK Piotr BORKOWSKI

In the last few years the number of high power devices supplied by DC - current has raised. Manufactures are demanded to guarantee a high durability and reliability of their products. Conventional circuit breakers with magnetic blowout are able to extinguish electrical arc in several dozens of milliseconds. The result is a rise of short - circuit current close to prospective value. The main advantage of semiconductors is elimination of occurrence of electrical arc thus the switching off time is shorter. However, semiconductors bring high losses in conducting state. The hybrid circuit breaker is composed of semiconductor and mechanical switch. This solution eliminates drawbacks of these devices. The mechanical switch is responsible for conducting current in normal state and semiconductor takes part in turning off process. One of proposed solutions of hybrid circuit breakers is a switch based on forced commutation of current from mechanical switch to the branch with semiconductor.This type of switch is shown in figure 1. Application of inductive-dynamic drive (IDD) as propulsion for contacts limits the switching off time to less than 2 ms. In comparison to conventional circuit breakers this solution results in a decrease of maximal value of the turning-off short-circuit current. This kind of drive in cooperation with a vacuum interrupter guarantees opening time around hundreds of microseconds and acceleration around tens of thousands m s2 of movable contact. Thus, combination of inductive dynamic drive and vacuum interrupter is called Vacuum Switching Unit (VSU) which has been shown in figure 2. It is necessary to distinguish the rest of components in VSU such as a lock which is responsible for holding contacts in open position, sets of springs, an isolator, a driving rod and a bumper which is essential to absorb energy [1-4]. In figure 3 the 3D model of IDD has been shown. The propulsion consists on multi turn, flat, fixed, ... »

Model generatora nadprzewodnikowego - DOI:10.15199/48.2018.04.16

Dariusz CZERWIŃSKI Mieczysław PCIAN

Nowoczesne urządzenia nadprzewodnikowe posiadają wiele części zbudowanych z nadprzewodników wysokotemperaturowych. Właściwości fizyczne nadprzewodników bardzo mocno zależą od temperatury, natężenia pola magnetycznego oraz prądu przepływającego przez nadprzewodnik. Przekroczenie którejkolwiek z tych wartości powoduje powstanie strefy rezystywnej w nadprzewodniku i w efekcie końcowym wyjście ze stanu nadprzewodzenia. Pomimo tego na świecie podejmowane są próby budowy wirujących maszyn elektrycznych wykorzystujących nadprzewodniki jako materiał uzwojeń. Do tej pory maszyny te były projektowane i budowane na duże moce. Przykładem tego mogą być generatory LTS (Low Temperature Superconductor) na moce 20 i 70 MVA, czy też HTS (High Temperature Superconductor) o mocy 50 MVA [1]. Jednakże obecne trendy dążące zarówno do miniaturyzacji jak i zastosowań urządzeń nadprzewodnikowych w nowych obszarach narzucają budowę urządzeń mniejszych mocy. Przykładem może być projekt TELOS hybrydowego samolotu elektrycznego [3] oraz projekty innych elektrycznych statków powietrznych [4- 6]. Zapotrzebowanie na energię elektryczną w takim samolocie waha się w granicach od 1 do 10 MVA. W artykule została przedstawiona koncepcja budowy generatora nadprzewodnikowego HTS z magnesami neodymowymi zamontowanymi na wirniku powstałego na bazie silnika 36-ścio żłobkowego (Rys. 1). Rys.1. Stojan i wirnik silnika 36-ścio żłobkowego Model generatora nadprzewodnikowego Generator zostanie wykonany z elementów silnika elektrycznego 36-ścio żłobkowego, którego uzwojenia miedziane zostaną usunięte i zastąpione nadprzewodnikiem HTS, a na wirniku zostaną zamontowane magnesy neodymowe. W celu weryfikacji założeń budowy generatora została przeprowadzona symulacja komputerowa pracy generatora nadprzewodnikowego przy wykorzystaniu programu FEMM 4.2 (Finite Element Method Magnetics). W celu wykonania symulacji został odwzorowany model geometryczny generatora. Wymiary s... »

2018-3

Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma

Comparative analysis of DC-DC inverters as a means of protection against nanoseconds impulses - DOI:10.15199/48.2018.03.27

Konrad SOBOLEWSKI Michał WOJCIECHOWSKI

At present, many electronic devices, in order to perform their job properly, must be powered in a stable manner. For many years, power supplies were built on the basis of transformers that reduced the voltage from the 230 VAC power level to slightly higher than the required level (Figure 1). In addition, the conversion from AC to DC was performed, and this task was most often implemented by a set of semiconductor diodes connected in the Graetz bridge. The straightened voltage was still to be smoothed out, which was achieved by the parallel charging of the electrolytic capacitor. This traditional configuration of a power supply, also called a linear power supply, caused high energy losses, which translates into a relatively low efficiency of 40-60%. Most of this energy was lost in the transformer in the generated magnetic field and heat. In addition, such constructions were characterized by large dimensions and often the need to install additional cooling elements. Moreover, when working idle without load, the power supply also consumes more power - more or less depending on transformer parameters. Due to technological advances, the increasing demands for power supply efficiency and the increasing efficiency of the receivers, the power supply design has changed significantly in the direction of power supplies. Power suppliers The principle of operation of the impulse power supply (often called the converter) is somewhat similar to a linear power supply, but the biggest difference is the process of "processing" the voltage. Fig. 1 Linear power supply diagram. In the first place, it is rectified with semiconductor diodes (e.g. Graetz bridge) and then smoothed with a capacitor. In some cases, a passive filter (e.g. a gland seal) is also used here to reduce the emission of harmonics to the mains. The straightened voltage is then smoothed and ... »

Wizualizacja procesów fizycznych w procesie elektrodynamicznego ściskania metali - DOI:10.15199/48.2018.03.29

Borys BOROWIK

W przypadku kształtowania przewodzącego wsadu rurowego impulsowe pole magnetyczne jest polem zewnętrznym w stosunku do rury ma jedną składową wzdłuż osi z (rys.1) i określa się je następującym wzorem: (1) H ( t ) H zew( t ) z z zew  1 , w którym składowa natężenia pola magnetycznego wzdłuż osi z (2) e H (t ) H0 sin( t ) zew t z      gdzie: H0 - amplituda pola magnetycznego przy braku tłumienia w A·m-1, ω - pulsacja drgań własnych układu kształtowany element - głowica robocza - bateria kondensatorów w rad·s-1, η - współczynnik tłumienia pola magnetycznego w s-1 , ψ - faza początkowa natężenia pola magnetycznego w rad. Przy kształtowaniu metali impulsowym polem magnetycznym i obliczaniu odkształcenia zasadniczym problemem jest wyznaczenie rozkładu czasowo - przestrzennego natężenia pola magnetycznego HIII(r,t) w kształtowanym elemencie. Umożliwi nam to obliczenie sił działających na wsad, a w konsekwencji wyliczenie wielkości odkształcenia detalu. [1-4] Pole elektryczne i magnetyczne we wsadzie rurowym W przypadku nieskończenie długiej rury przewodzącej w zewnętrznym podłużnym polu magnetycznym (rys.1) wielkości charakteryzujące pole elektromagnetyczne, ze względu na symetrię układu, zależą tylko od współrzędnej r walcowego układu współrzędnych. Chodzi zatem o zagadnienie jednowymiarowe ze stałą przenikalnością magnetyczną walca μ=μ0 i jego stałą konduktywnością γ. Poszukiwane natężenie pola magnetycznego H III ( r,t ) z spełnia skalarne równanie falowe we współrzędnych walcowych: [5-6] (3) 0 1 2 0 3 2          t H ( r,t ) r H ( r,t ) r r H ( r,t ) III z III z III z   natomiast pole elektryczne: θ 1 θ Rys.1. Przewodzący wsad rurowy z matrycą przewodzącą umieszczony w polu magnetycznym o charakterze sinuso... »

Systematic measurement errors of local B-coils due to holes - DOI:10.15199/48.2018.03.02

Stan ZUREK

Magnetic properties of soft magnetic materials like electrical steels are measured with the help of induction coils (also referred to as B-coils or search coils [1-10]) which detect flux density B averaged over the active crosssection area of the coil (Fig. 1). According to Faraday's law, voltage induced in the coil is proportional to the number of turns n of the coil, the active cross-section area A, and the rate of change of B with respect to time t but averaged over A. The information about time variation of spatially-averaged B is thus obtained by integration of the function: (1) V = n·A·dB/dt (V) It should be noted if equation (1) is to define the measured voltage across a B-coil then there is no minus on the right-hand-side. This minus appears only for the induced electromotive force. Fig.1. Concept of B-coil Sometimes it is desirable to measure localised properties, which requires the use of the needle probes [1, 5, 8-10], or localised B-coils for which appropriate holes must be drilled in the sample under test [1-3, 5, 6-9]. The performance of needle probes can be severely affected by asymmetrical magnetisation [1, 9]. This can lead to indication of non-physical values of B, even significantly larger than the saturation of the material; results up to 4 T were reported in the literature [10]. B-coils are more immune to such problems and hence also used extensively for localised measurement [5]. However, the method is more destructive because holes must be drilled in the sample under test (Fig. 2). The holes represent non-magnetic discontinuity and severely distort distribution of B in the immediate vicinity of holes. Qualitatively such effects are indeed well known and documented in the literature with both finite element modelling (FEM) [3] as well as surface scanning measurements [11]. However, from the viewpoint of uncertainty analysis these effects do not seem to be quantified sufficiently well in t... »

Model of PV inverter in H4 and H5 topologies for power loss analysis - DOI:10.15199/48.2018.03.31

Dariusz SOBCZYŃSKI

In many applications of renewable energy high performance power electronics converters are desirable for coupling low voltage power supplies to loads operating at significantly higher voltage levels [1]-[2]. Low input voltages result in high currents flowing through the components of the inverter, resulting in increased power losses, proportional to the square of the current [3]. Energy losses can reduce system efficiency so much that achieving a target output power becomes impossible, so limiting losses often determines practical implementation of converter. There are topologies of inverters with and without galvanic isolation. Transformer converters increases the cost and the power losses, so the efficiency of the system is reduced [4]. Hence, transformer-less inverters are nowadays one of the most popular power electronic devices used to connect green energy sources to the electrical grid [5]-[6]. Many control mechanisms have been proposed to regulate the inverter output current that is injected into the utility grid [7]-[8]. This paper compares simulation results of two converters mainly in terms of power losses of semiconductor components. Compared topologies of H4 and H5 galvanic resistors were compared.Simulation results have been obtained by using PSIM software [9]. Power electronics semiconductor losses This part presents the models to find out the power losses of each presented power electronics converter. Power losses affect the efficiency of the inverter, the heat sink dimensions and cooling method. This note describes the theory behind the calculation and show how to calculate the power losses for the IGBT and Diode respectively. The modelling process will be detailed in the following. IGBT module total losses The considered power electronics module consists of an IGBT transistor and an anti-parallel diode. There are three kinds of losses in Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT transistor) and anti-parall... »

Zastosowanie metod diagnostyki awarii tranzystorów w przekształtnikach sieciowych AC/DC - DOI:10.15199/48.2018.03.05

Piotr SOBAŃSKI

Awarie układów energoelektronicznych w systemach napędowych powodują znaczne obniżenie funkcjonalności napędów, prowadząc tym samym do strat finansowych spowodowanych zatrzymaniem wykonywanych procesów przemysłowych. Na rys.1 przedstawiono statystykę uszkodzeń występujących w napędach elektrycznych, również tych, które zasilane są z prostowników aktywnych [1]. Przerwy bądź zwarcia łączników półprzewodnikowych stanowią 12% spośród wszystkich uszkodzeń i są wynikiem intensywnej eksploatacji napędu oraz efektem starzenia się tranzystorów [2]. Zarówno w przypadku układów falownikowych, służących do zasilania silników prądu przemiennego, jak i prostowników aktywnych, prowadzone są prace mające na celu zaprojektowanie skutecznych algorytmów diagnostyki awarii modułów mocy. Algorytmy diagnostyki awarii falowników napięcia można podzielić na, tzw. pośrednie metody diagnostyki, które polegają na analizie: - średnich wartości błędów regulacji prądów fazowych silnika [3], - średnich wartości błędów estymacji prądów fazowych silnika [4], - średnich wartości błędów estymacji napięć fazowych silnika [5], Podobnie w przypadku algorytmów bezpośrednich, które polegają na przetwarzaniu estymowanych bądź mierzonych sygnałów, we większości przypadków wykorzystuje się sygnały prądowe. Spośród nich wyróżnia się: - metody wykorzystujące hodografy zmiennych diagnostycznych [6], - proste operacje arytmetyczne oraz złożone obliczeniowo techniki sztucznej inteligencji [7]. Niezależnie od wykorzystywanego sygnału diagnostycznego, do najszybszych należą systemy diagnostyczne, w których użyto dodatkowe przetworniki pomiarowe. Niemniej jednak metody te są bardziej kosztowne od algorytmów typowo programowych, których idea polega na stosowaniu jedynie zmiennych stanu dostępnych pomiarowo z uwagi na przyjętą metodę sterowania wektorowego napędem. W ich przypadku czas potrzebny na diagnozę jest zwykle nie dłuższy niż jeden okres podstawowej harmonicz... »

2018-2

Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma

Prognozowane zmniejszenie zużycia energii w budynku szkoły przez sterowanie oświetleniem w systemie KNX - DOI:10.15199/48.2018.02.44

Sławomir SOWA Aniela KAMIŃSKA

W budynkach użyteczności publicznej oświetlenie miejsca pracy zależy od rodzaju pomieszczenia oraz charakteru wykonywanej w nim pracy. Norma PN-EN 12464-1 Światło i oświetlenie [1] wymaga zapewnienia określonej wartości natężenia oświetlenia oraz jego równomiernego rozkładu. Spełnienie wymagań tej normy zależy od wykorzystania światła dziennego i zainstalowanych opraw oświetleniowych. Energia zużywana na oświetlenie zależy od mocy zainstalowanych opraw oraz czasu ich załączenia, stąd oszczędność tej energii może być osiągnięta przez zmniejszenie mocy opraw lub skrócenie czasu ich użytkowania. Mimo tej oczywistej zależności praktyczna realizacja zmniejszenia zużycia energii jest trudna do osiągnięcia. Znaczne oszczędności energii do około 44% w ciągu roku można uzyskać zamieniając stare lampy fluorescencyjne na oświetlenie LED [2]. Źródła LEDowe są jednak znacznie droższe od jarzeniowych, co zwiększa nakłady inwestycyjne. Skrócenie czasu użytkowania opraw jest możliwe dzięki sterowaniu oświetleniem i wykorzystaniu światła dziennego. Jak wykazuje wiele badań, między innymi [3,4], zużycie energii nie zależy jednak od oświetlenia zewnętrznego, jeśli w budynku nie jest stosowane sterowanie automatyczne oświetleniem, ponieważ nawet przy dużym nasłonecznieniu użytkownicy nie wyłączają oświetlenia sztucznego. Z tych względów, w ostatnich latach prowadzi się szerokie badania mające na celu opracowanie algorytmów sterowania, które zmniejszają zużycie energii. Ważnym aspektem tych badań jest także możliwość utrzymania wymaganego przez normę natężenia oświetlenia w miejscu pracy [5]. Przy projektowaniu instalacji należy również uwzględnić pogorszenie parametrów elektrycznych występujące w układach sterowanych i wpływ tych parametrów na działanie instalacji [6]. Korzystając z istniejącej instalacji oświetleniowej w Zespole Szkół nr 1 w Swarzędzu k/Poznania, przeprowadzono analizę zużycia energii na oświetlenie. Na jej podstawie zapr... »

Applications of impulse current and voltage generators dedicated to lightning tests of avionics - DOI:10.15199/48.2018.02.03

Kamil FILIK Grzegorz MASŁOWSKI Grzegorz KARNAS Paweł SZCZUPAK Lesław KARPIŃSKI Robert ZIEMBA Stanisław WYDERKA

Generators of voltage and current transients are used for many years in experimental research related to the phenomenon of lightning [1,2]. They can be used to reproduce direct and indirect effects of lightning, which are observed in terrestrial objects and those above the surface of the earth. One of such studies is based on simulating an indirect impact of lightning discharge using a dedicated set of generators. This type of apparatus is used in the Laboratory of Lightning Test of Avionics at the Rzeszow University of Technology (RUT). It turns out that thanks to its construction and properties it is also suitable for other applications in the lightning research. In addition to analyzing overvoltages in the onboard systems of aircraft [3], other examples of application of modular impulse generators will be provided below. Modular impulse generators The MIG0618SS and MIG0600MS modular impulse generators are designed to carry out tests of avionics susceptibility to lightning induced transients [4,5]. Discharge modules are the basic units of these generators (see Fig. 1 and Fig. 2b). They can be configured in series or parallel to offer an optimum solution. One module includes high voltage capacitor, power-electronic switches, the trigger and polarity reversal circuits and a part of the impulse shaping circuit. Depending on the selected shape, level and number of generated strokes the number of modules and impulse forming networks changes as shown for example in Fig. 1. Single stroke idealized waveforms from MIG0618SS are used for damage assessment tests on equipment, whereas multiple strokes from MIG0600MS are applied for EMC tests on avionics. Fig. 2a shows a view of these generators situated on the test stand. Three different shapes of current or voltage: 6.4/70 μs, 40/120 μs and 50/500 μs can be coupled in three ways to the tested system by direct injection to selected pins, by injection between equipment... »

Analiza rozkładów luminancji wybranych nieboskłonów - DOI:10.15199/48.2018.02.33

Ewa PIOTROWSKA Maciej ZAJKOWSKI

Wpływ światła słonecznego na oświetlenie pomieszczeń w ciągu dnia, jest nie tylko ważne ze względu na komfort pracy wewnątrz budynku, ale też ze względu na odpowiednie zaprojektowanie pomieszczeń. Dotychczas obliczenia dotyczące luminacji i natężenia oświetlenia w danej lokalizacji określano głównie na podstawie nieba o całkowitym zachmurzeniu. Takie podejście jest niemiarodajne, ponieważ nie bierze pod uwagę warunków pośrednich jak np. różne stopnie zachmurzenia. Według obliczeń opartych jedynie na najgorszym scenariuszu, uwzględniającym całkowicie zachmurzony nieboskłon, wynikiem jest konieczność wyliczenia oświetlenie uzupełniającego (sztucznego), które w rzeczywistych warunkach może być pominięte. Efektem jest oszczędność energii użytej do oświetlenia w warunkach rzeczywistych, gdy światło sztuczne nie jest wymagane. Miarą określającą oświetlenie pomieszczenia jest natężenie oświetlenia. Natężenie oświetlenia w głównej mierze zależy od ruchu Słońca w ciągu dnia oraz przepuszczalności i grubości warstwy chmur [3, 9, 12], ale też zależy od szeregu czynników geometrycznoarchitektonicznych związanych z budynkiem i pomieszczeniem. W niniejszej pracy zainteresowano się problemem wpływu zmienności warunków atmosferycznych na projektowanie oświetlenia wnętrz światłem dziennym. Określono wycinek nieboskłonu oświetlający powierzchnię roboczą badanego pomieszczenia, wykorzystując modele matematyczne opracowane przez CIE (obliczenia analityczne), jak również rzeczywisty fragment nieboskłonu na podstawie analizy obrazowej HDR. Na podstawie zdjęć dokonano segmentacji nieboskłonu na podobszary o uśrednionej wartości luminacji na podstawie podziału Tregenza [5]. Obliczanie parametrów oświetlenia zewnętrznego Analizę światła dziennego oparto na wykorzystaniu charakterystycznych standardowych modeli nieboskłonów, które mogą realizować oświetlenie dzienne, opisane w raporcie CIE [1]. W celu standaryzacji, w ostatniej dekadzie CIE opr... »

EMC in IoT World - DOI:10.15199/48.2018.02.12

Marek P. MICHALAK Monika E. SZAFRAŃSKA

In the last years the number of smartphones, tablets and “wearable" equipment significantly increased. In 2011 Cisco [1] provided estimation that in 2020 there will be 50 billion Internet of Things (IoT) related equipment in the world. This means a huge number of equipment that must coexist. Together with the increase of transfer rates the use of wireless communication also increased. That brings questions if the increasing number of wireless devices will influence the rise of problems with Electromagnetic Compatibility (EMC) and if today’s industry is ready for EMC problems connected with IoT development. The statistics alone show that the more equipment influence and interact with each other (what is a basic presumption of IoT), the more electromagnetic compatibility problems can be expected, especially when EMC parameters of the equipment will be left on today’s level. The problems mentioned above are being razed on international level, the subject is very up to date and in coming years it will undoubtedly be major EMC issue. How to test the IoT equipment against the EMC? The dynamic development of IoT equipment contributes to the fact that this equipment is quickly introduced to the market and mass production, what in turn generates the need for testing of this equipment. In most cases the EMC standards fall behind as far as new solutions are concerned. And even if that can be achieved the new problem arises. Most of IoT intended equipment is meant to work in “crowds" - we face the accumulation of equipment in direct proximity. And here another issue arises - very often that equipment was tested according to different standards, therefore in some cases even if on the basis of performed tests single equipment meets the appropriate requirements, the coexistence of the same equipment in specific conditions becomes impossible or generates interactions that influence the integrity and correctness of ... »

Chłodzenie materii poprzez fluorescencję antystokesowską - DOI:10.15199/48.2018.02.41

Jolanta FIEDUCIK Jan GODLEWSKI

Istnieje szereg zjawisk fizycznych pozwalających na obniżenie temperatury materii. Zwykle, do chłodzenia materii wykorzystuje się procesy termodynamiczne, zjawiska termoelektryczne oraz zjawiska magnetoelektryczne. Natomiast procesy chłodzenia materii oparte o zjawiska optyczne, są stosunkowo mało znane, aktualnie badane i wdrażane. Spośród zjawisk optycznych, do chłodzenia materii, jest wykorzystywana fluorescencja antystokesowska [1, 2], zderzenia strumienia fotonów z atomami gazu [3], rzadziej rozpraszanie ramanowskie [4]. Optyczne metody chłodzenia materii mają zalety ale i szereg wad. Istotnymi wadami tych metod jest to, że chłodzenie może być realizowane tylko w wybranych materiałach, a uzyskiwana moc chłodząca układu nie jest zbyt duża. Układy chłodzące oparte o metody optyczne mają także względnie niską wydajność i wymagają stosowania laserów. Najbardziej znaną metodą chłodzenia optycznego są systemy wykorzystujące fluorescencję antystokesowską. Istotnymi zaletami tej metody jest to, że można na tej bazie schłodzić obiekty do dosyć niskich temperatur oraz że system chłodzący jest niewielki i nie posiada części ruchomych. Metoda ta wykorzystuje lasery oraz materiały optyczne wysokiej jakości i obecnie, jej wykorzystanie jest przewidywane w zaawansowanych technicznie urządzeniach, używanych w technice kosmicznej czy rakietowej. Należy oczekiwać, że wraz z rozwojem technologii otrzymywania odpowiednich materiałów optycznych oraz odpowiednich laserów, metoda ta będzie wkrótce wykorzystywana w urządzeniach powszechnego użytku do chłodzenia niewielkich elementów. W tym artykule przedstawiona zostanie istota metod chłodzenia materii oparta na fluorescencji antystokesowskiej. Istotę fizyczną tej metody chłodzenia materii zaproponował po raz pierwszy Pringsheim [1]. Istota systemu chłodzenia Aby dany element materii mógł być chłodzony, warunkiem koniecznym jest odprowadzenie ciepła z danego materiału. Odprowadzenie ciepł... »

2018-1

Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma