Analiza zjawisk rezonansowych w szeregowym obwodzie RLC z superkondensatorem

• Autorzy: Jakubowska A. , Walczak J.

Warianty tytułu

EN

Analysis of resonance phenomena in a series RLC circuit with supercapacitor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy analizy warunków zajścia zjawiska rezonansu fazowego i amplitudowego dla szeregowego obwodu RLC z superkondensatorem. Zachowanie superkondensatorów różni się od klasycznych kondensatorów, dlatego ich modele matematyczne są bardziej skomplikowane, wykorzystują m.in. rachunek różniczkowo-całkowy ułamkowego rzędu. Do analizy i symulacji wybrano model oparty o bieguny i zera ułamkowego rzędu. Dobierając odpowiednio parametry obwodu rezonansowego R, L , RS i C można uzyskać w obwodzie rezonans fazowy i amplitudowy.

EN

The phase and magnitude resonance phenomenon in a series RLC circuit with classic reactive components: the inductance L and the capacitance C is widely known in the circuit theory and thoroughly described. The subject of the paper is an analysis of phase resonance conditions in a series RLC circuit with supercapacitor. Supercapacitors differ from classic dielectric capacitors by the construction, behavior and their applications, described in Section 1. There have been created several kinds of mathematical and circuit models (Section 2). Among them, fractional order models demonstrate the best fit to the frequency characteristics as well as dynamic processes occurring in supercapacitors [3], [4] and [10]. The model based on fractional poles and zeros, defined by formulas (2) and (3), was chosen for analysis. The relations for the circuit impedance (10-13) and resonance frequency (14) were derived. They are illustrated in Figs. 2-11. The formula for resonance frequency is a transcendental equation, therefore it is possible to solve it for the investigated system only numerically. The resonance frequency in the examined series RLC circuit whose model is based on fractional poles and zeros depends on five parameters. The results were compared with those obtained from the analysis conducted in paper [6],where frez depends on only three parameters. A more precise supercapacitor model enables more insightful analysis of phase and magnitude resonance phenomenon.

Słowa kluczowe

PL

superkondensator; rezonans fazowy; model superkondensatora oparty o bieguny i zera ułamkowego rzędu

EN

supercapacitor; phase resonance; supercapacitor model based on fractional poles and zeros

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 10
• Strony: 1105--1108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., schem., wykr., wzory

Twórcy

autor

Jakubowska A.

• Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

autor

Walczak J.

• Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Zhang Y.: Study of supercapacitor in the application of power electronics, Journal WSEAS Transactions on CAS, Volume 8, Issue 6, 2009, pp. 508-517.
• [2] Wang Y.: Modeling of ultracapacitor short – term and long – term dynamic behavior – MS thesis, The University of Akron, 2008.
• [3] Martin R., Quintana J., Ramos A., Nuez I.: Modeling electro-chemical double layer capacitor, from classical to fractional impedance, The 14th IEEE Medditeranean Electrotechnical Conference, Ajaccio, 4-7 May, 2008, pp. 61-66.
• [4] Dzieliński A., Sarwas G., Sierociuk D.: Comparison and validation of integer and fractional order ultracapacitor mod-els, Advances in Difference Equations, Springer Open Journal, June 2011.
• [5] Radwan A.G., Salama K. N.: Passive and active elements using fractional LβCα circuit, IEEE Transactions on CAS, Volume 58, No. 10, pp. 2388- 2397.
• [6] Walczak J., Jakubowska A.: Phase resonance in RLC circuit with ultracapacitor, XXXVI IC – SPETO 2013, Ustroń, 22-25 May, 2013 (w druku).
• [7] Shi L., Crow M. L.: Comparison of ultracapacitor electric circuit models, Proceedings of IEEE Power and Energy Society General Meeting, Pittsburgh, USA, 2008, pp. 1–6.
• [8] Marie-Francoise J. N., Gualous H., Berthon A.: Supercapacitor thermal- and electrical-behaviour modeling using ANN, IEE Proc.-Electr. Power Applicactions, Vol. 153, No.2, 2006.
• [9] Dzieliński A., Sierociuk D., Sarwas G.: Ultracapacitor parameters identification based on fractional order model, Proceedings of European Control Conference 2009, Budapest, Hungary, ECC’2009, 23-26 August, 2009.
• [10] Sarwas G.: Modelowanie superkondensatorów przy użyciu rachunku różniczkowego ułamkowego rzędu, Prace Instytutu Elektrotechniki, Zeszyt 239, 2008, str.17–28.