Common properties of dynamical models of electric arcs and memristors

• Autorzy: Trzaska Z.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.12.9

Warianty tytułu

PL

Wspólne właściwości dynamicznych modeli łuku elektrycznego i memrystora

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cassie Mayr model of electric arcs are presented. In particular, it is shown that (i) the current-voltage characteristic i(u) of the models of both types of elements exhibits the pinched hysteresis nature, (ii) the zero crossing point of the voltage and current occurs at the same instants, (iii) at large values of the power supply frequency f the current- voltage pinched hysteresis loop tends closer to a straight line, meaning that then the current-voltage characteristic represent a classic resistor with a strong linearity for f → ∞, (iv) areas of one period energy loops decrease inversely with respect to the increase of the frequency. Great values of the arc conductance g of the hybrid Cassie Mayr model are independent on the values of the transition current I_o. It is shown that the model of a memristive phenomenon and a hybrid Cassie-Mayr model of an electric arc phenomenon exhibit common properties.

PL

Przedstawione są właściwości memrystorowe w odniesieniu do hybrydowego Cassie Mayra modelu łuku elektrycznego. W szczególności wykazano, że (i) charakterystyki prądowo-napięciowe i(u) ujawniane przez modele obu typów elementów przyjmują postać ściągniętej pętli histerezy, (ii) punkt przejścia przez zero zarówno napięcia, jak i prądu występuje w tym samym momencie, (iii) przy dużych wartościach częstotliwości źródła zasilania prądowo-napięciowa pętla histerezy zostaje ściągnięta blisko do zwykłej linii prostej, co oznacza, że wówczas charakterystyka prądowo-napięciowa reprezentuje klasyczny rezystor o silnej liniowości dla f → ∞, (iv) przy wzroście częstotliwości sygnałów w obwodzie powierzchnie ograniczone pętlami energii jedno-okresowej zmniejszają się odwrotnie proporcjonalnie do wartości częstotliwości. W zakresie dużych wartości przewodności łuku g hybrydowego modelu Cassie Mayra są niezależne od wartości prądu przejściowego I _o. Wykazano, że model zjawiska memrystorowego i zjawisko łuku elektrycznego opisanego modelem hybrydowym Cassie Mayra wykazują wspólne właściwości.

Słowa kluczowe

EN

electric arcs; dynamical models; voltage-current characteristics; pinched hysteresis loops; memristor; memristive fingerprints of electric arcs

PL

łuk elektryczny; modele dynamiczne; charakterystyka napięciowo-prądowa; ściśnięta pętla histerezy; memrystor; memrystorowe odciski łuków elektrycznych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 12
• Strony: 46--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Trzaska Z.

• University of Ecology and Management, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] D. Wright, P.Delmont and M. Torrilhon, 2013, Modeling of electric arcs: A study of the non-convective case with strong coupling. J. Plasma Physics: pp. 1–15.
• [2] K.B. McEachron, 1952. Lightning protection since Franklin’s day, Journal of the Franklin Institute, 253(5), pp. 441–470.
• [3] A. M. Cassie, 1939, Arc rupture and circuit severity: a new theory, Paris, CIGRE Rep. 102.
• [4] O. Mayr, 1943. Beitrage zur theorie des statischen und des dynamischen lichtbogens, Archiv für Elektrotechnik, 37(12), pp. 588–608.
• [5] S. Nitu, C. Nitu, C. Mihalache, P. Anghelita, D. Pavelescu, 2008, Comparison between model and experiment in studying the electric arc, J. Optoelectronics and Advanced Materials, 10(5), pp. 1192–1196.
• [6] D. C. Bhonsle, R. B. Kelkar, 2014. New time domain electric arc furnace model for power quality study, J. Electr. Eng. 14(3), pp. 240–246.
• [7] M.L. Foucault, 1849. Experiments with the light of the voltaic arc, Journal of the Franklin Institute, 48(1), pp. 50–52.
• [8] E. Thomson, E, J. Houston, 1879. The electric arc – its resistance and illuminating power, Journal of the Franklin Institute, 108(1), pp. 48–51.
• [9] E. Karrer, 1917. The luminous efficiency of the radiation from the electric arc, Journal of the Franklin Institute, 183(1), pp. 61–72.
• [10] J. Slepian, 1932. The electric arc in circuit interrupters, Journal of the Franklin Institute, 214(4), pp. 413–442.
• [11] Y. Goda, M. Iwata, K. Ikeda and S. Tanaka, 2000. Arc voltage characteristics of high current fault arcs in long gaps, 15(2), pp. 791–795.
• [12] A. Sawicki, L. Switon, R. Sosinski, 2011. Process simulation in the AC welding arc circuit using a Cassie-Mayr hybrid model, Supplement to the Welding Journal 90, pp. 41–44.
• [13] M. Moghadasian, E. Al-Nasser, 2014. Modelling and control of electrode system for an electric arc furnace, 2nd Int. Conf. Research in Science, Engineering and Technology (ICRSET), Dubai, pp. 129–133, doi: 10.15242/IIE.E0314558.
• [14] K.-J. Tseng, Y. Wang, D. M. Vilathgamuwa, 1997. An experimentally verified hybrid Cassie-Mayr electric arc model for power electronics simulations, IEEE Trans. Power Electronics,12(3), pp. 429–436.
• [15] D. Lin, S. Y. Ron Hui, L. O. Chua, 2014. Gas discharge lamps are volatile memristors, IEEE Trans. Circuits and Systems-I: Regular Papers, 61(7), pp. 2066–2073.
• [16] V. M. Myakishev, M. S. Zhevaev, E. M. Shishkov, 2009, A method for determining the time constant of a welding arc, Russian Electrical Engineering, 80(2), pp. 78–80.
• [17] A. Sawicki, 2013, Problems of modeling an electrical arc with variable geometric dimensions, Przeglad Elektrotech., 2b, pp. 270–275.
• [18] A. Khakpour, S. Franke, S. Gortschakow, D. Uhrlandt, R.Methling, and K.-D. Weltmann, 2016. An Improved Arc Model Based on the Arc Diameter. IEEE Transactions on Power Delivery, 31(3), pp. 1335–1341.
• [19] A. Sawicki, 2011. Assessement of power parameters of asymmetric arcs by means of the Cassie and Mayr models, Electrical Review 87(2), pp.131–134.
• [20] D. S. Strukov, G. S. Snider, D. R. Stewart, R. S. Williams, 2008. The missing memristor found, Nature, 453, pp. 80–83.
• [21] W. Marszalek, T. Amdeberhan, 2015. Least action principle for mem-elements, J. Circ., Syst. & Comp., 24(10), pp. 1448–1550.
• [22] L. O. Chua, 1971. Memristor – the missing circuit element, IEEE Trans. Circuit Theory 18, pp. 507–519.
• [23] L. O. Chua, K. Sung Mo, 1976. Memristive devices and systems, Proc. IEEE, 64, pp. 209–223.
• [24] S. P. Adhikari, M. P. Sah, H. Kim, L. O. Chua, 2013. Three fingerprints of memristor, IEEE Trans. Circuits and Systems-II Regular Papers, 80(11), pp. 3008–3021.
• [25] M. P. Sah, H. Kim, L. O. Chua, 2014. Brains are made of memristors, IEEE Circuits and Systems Magazine,14(1), pp. 12–36.
• [26] S. Asapu, Y. V. Pershin, 2015. Electromechanical emulator of memristive systems and devices, IEEE Trans. Electron Devices, 62(11), pp. 3678–3684.
• [27] W. Marszalek, Z. W. Trzaska, 2014. Memristive circuits with steadystate mixed-mode oscillations, Electr. Letters, 50, 1275–1277.
• [28] W. Marszalek, Z. W. Trzaska, 2015. Properties of memristive circuits with mixed-mode oscillations, Electr. Letters, 51, pp.140–141.
• [29] W. Marszalek, 2015. Bifurcations and Newtonian properties of Chua’s circuits with memristors, DeVry Univ. J. of Scholarly Research, 2(2), pp. 13–21.
• [30] D. Biolek, Z. Biolek, V. Biolkova, 2011. Pinched hysteretic loops of ideal memristors, memcapacitors and meminductors must be ‘self-crossing, Electr. Lett. 47 (25) () 1385–1387.
• [31] Z. Biolek, D. Biolek, V. Biolkova, 2013. Analytical computation of the area of pinched hysteresis loops of ideal mem-elements, Radioengineering, 22 (1), pp. 32–35.
• [32] W. Marszalek, T. Amdeberhan, 2015. Memristive jounce (Newtonian) circuits, Appl. Math. Modelling , doi: 10.1016/j.apm.2015. 10.012.
• [33] W. Marszalek, 2015. On the action parameter and one-period loops of oscillatory memristive circuits, Nonlinear Dynamics, 82(1),619–628.
• [34] W. Liu, F.-Q. Wang and X.-K. Ma, 2015. A unified cubic flux-controlled memristor: theoretical analysis, simulation and circuit experiment. Int. J. Numer. Model., 28, pp. 335–345.
• [35] J. Domaradzki, D. Kaczmarek, D. Wojcieszak, M. Mazur, A. Poniedziałek and T. Kotwica, 2016. Memristor – the missing electronic element. Elektronika, 7, pp. 9–11.
• [36] Z. Trzaska, 2007. Efficient Approach to Determine the Steady-State Energy in Networks with Periodic Discontinuous Excitations, Int. J. EEE, 44, pp. 378–392.
• [37] W. Marszalek, Z. Trzaska, 2009. Nonlinear electrical circuits with mixed mode oscillations. Elektronika, 24(9), pp.128–131.
• [38] H. Podhaisky and W. Marszalek, 2012. Bifurcations and synchronization of singularly perturbed oscillators: an application case study, Nonlinear Dynamics, 69(3), pp. 949–959.
• [39] I. Andrianov and J. Awrejcewicz, 2003. Asymptotic approaches to strongly non-linear dynamical systems. Systems Analysis Modelling Simulations,.43(3) pp., 255–268.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).