This paper presents the design of a voltage-mode sinusoidal oscillator using commercially available ICs (AD830). The proposed circuits are a single-phase sinusoidal oscillator and a multiphase sinusoidal oscillator. The first circuit presents a single-phase sinusoidal oscillator with low output impedance. The oscillation frequency and oscillation condition can be easily tuned by the value of the resistors. The proposed single-phase sinusoidal oscillator consists of two AD830, two resistors, and two capacitors. The second circuit presents the multiphase sinusoidal oscillator synthesized on a first-order low-pass filter. The proposed multiphase sinusoidal oscillator consists of three AD830s, nine resistors and three capacitors. The oscillation frequency of the multiphase sinusoidal oscillator can be adjusted without affecting the oscillation condition. The output voltage of the multiphase sinusoidal oscillator is low impedance, allowing for simple external load driving without the use of voltage buffers. The operation of the proposed oscillator circuits is confirmed by experimental testing. The results of experiments achieve a theoretical design that is very appropriate for developing a worksheet for teaching and learning in electrical and electronic engineering laboratories.
PL
W niniejszym artykule przedstawiono projekt oscylatora sinusoidalnego działającego w trybie napięciowym z wykorzystaniem dostępnych na rynku układów scalonych (AD830). Proponowane obwody to jednofazowy oscylator sinusoidalny i wielofazowy oscylator sinusoidalny. Pierwszy obwód przedstawia jednofazowy oscylator sinusoidalny o niskiej impedancji wyjściowej. Częstotliwość oscylacji i stan oscylacji można łatwo dostroić za pomocą wartości rezystorów. Proponowany jednofazowy oscylator sinusoidalny składa się z dwóch AD830, dwóch rezystorów i dwóch kondensatorów. Drugi obwód przedstawia wielofazowy oscylator sinusoidalny zsyntetyzowany na filtrze dolnoprzepustowym pierwszego rzędu. Proponowany wielofazowy oscylator sinusoidalny składa się z trzech AD830, dziewięciu rezystorów i trzech kondensatorów. Częstotliwość drgań wielofazowego oscylatora sinusoidalnego można regulować bez wpływu na stan drgań. Napięcie wyjściowe wielofazowego oscylatora sinusoidalnego ma niską impedancję, co pozwala na proste sterowanie obciążeniem zewnętrznym bez stosowania buforów napięciowych. Działanie proponowanych obwodów oscylatora zostało potwierdzone badaniami eksperymentalnymi. Wyniki eksperymentów pozwalają uzyskać teoretyczny projekt, który jest bardzo odpowiedni do opracowania arkusza roboczego do nauczania i uczenia się w laboratoriach elektrotechnicznych i elektronicznych.
Results of research about influence of mechanical and electromagnetic phenomena on electric motor vibration in different supply options has been shown in this paper. Three different supply options have been taken under consideration: typical star connection, single-phase connection with work capacitor and connection through an inverter. Vibration signals recorded on electric motor end shield and frame has been digitally processed using Multi-Synchronous Averaging (MSA). This technique allowed to decompose total vibration signal into signals associated with mechanical and electromagnetic phenomena occurring in electric motor. The comparison of rms values and spectra shapes of total and decomposed vibration signals has been made. Energy shares of previously mentioned phenomena in vibration signal for different supply options has been also estimated.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with single-phase induction machine operating as a self-excited induction generator which may be used to generate electrical energy from non-conventional energy sources. Performance characteristics of the self-excited generator with capacitor connected to the both stator windings under load operating conditions are computed by field-circuit method. By changing number of turns and size of wires of the auxiliary stator winding, considerable improvement of performance characteristics of the generator were obtained with respect to no-load voltage and under load condition. Furthermore, an influence of corresponding changes in the excitation stator winding on voltage magnitude induced in excitation winding, winding currents and output power of the generator for two capacitor topology in the main stator winding have been presented. The obtained simulation results may be useful in designing the self-excited induction generator on the base of single phase capacitor induction motors.
PL
Artykuł przedstawia jednofazową maszynę indukcyjną pracującą jako samowzbudny generator indukcyjny, który może być wykorzystany do wytwarzania energii elektrycznej z niekonwencjonalnych źródeł energii. Charakterystyki pracy samowzbudnego generatora indukcyjnego z kondensatorem podłączonym do obu uzwojeń stojana wyznaczone zostały za pomocą modelu polowo-obwodowego przy obciążeniu rezystancyjnym. Przez zmianę liczby zwojów i rozmiaru (średnicy) drutu uzwojenia pomocniczego stojana uzyskano znaczną poprawę charakterystyk generatora ze względu na wartość napięcia i prądu w uzwojeniu wzbudzenia generatora. Prezentowane wyniki uzyskane z symulacji mogą być wykorzystane w projektowaniu samowzbudnych generatorów indukcyjnych na bazie konstrukcji jednofazowych silników indukcyjnych.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper concerns the field-circuit evaluation of the steady-state performance of a self-excited single-phase induction generator. For the performance computation the field-circuit model of the generator was implemented using Flux2D software package. The steady-state operation of the generator was simulated for different capacitor topologies in the stator windings. An influence of the capacitor configurations in the main stator winding on terminal voltage and stator winding currents under resistive and resistive-inductive load of the generator at constant rotational speed was investigated.
PL
Artykuł przedstawia polowo-obwodowe wyznaczanie charakterystyk samowzbudnego jednofazowego generatora indukcyjnego w stanie ustalonym. Do wyznaczenia charakterystyk wykorzystano model polowo-obwodowy generatora opracowany w środowisku pakietu Flux2D do obliczeń elektromagnetycznych maszyn elektrycznych. Przeanalizowano pracę generatora w stanie ustalonym dla różnych konfiguracji kondensatorów w uzwojeniu głównym i pomocniczym stojana wyznaczając napięcie i prąd w uzwojeniach generatora przy obciążeniu rezystancyjnym i rezystancyjno-indukcyjnym dla stałej prędkości obrotowej turbiny.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents a two-dimensional field-circuit model of a two-winding, single-phase induction machine operating as single-phase, self-excited induction generator. The model takes remnant magnetism and magnetization characteristics of the stator and rotor core into account. Results of simulations and experiments are presented, i.e. waveforms of voltages during self-excitation, their dependence on rotor slot opening, influence of capacitances and different capacitor topologies on self-excitation, as well steady-state values of generator voltages and currents at no-load operating conditions. Terminal voltage and currents in stator windings as a function of rotor speed and capacitances of capacitors for resistive loads are also presented. The possibility of directly supplying a single-phase induction motor from the generator as a dynamic load were also investigated. Obtained simulation and experimental results show the need for use of semi-closed rotor slots to ensure conditions for successful self-excitation. The obtained simulation results were validated experimentally on the laboratory setup.
PL
W artykule przedstawiono dwuwymiarowy model polowo-obwodowy dwuuzwojeniowej, jednofazowej maszyny indukcyjnej pracującej jako samowzbudny generator indukcyjny. Model ten uwzględnia (w sposób uproszczony) istnienie remanentu magnetycznego w rdzeniu maszyny oraz charakterystyki magnesowania blach pakietów stojana i wirnika. Zaprezentowane zostały wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych – przebiegi napięć podczas procesu samowzbudzenia generatora w zależności od szerokości otwarcia żłobków wirnika, z uwzględnieniem wpływu pojemności i układów kondensatorów w uzwojeniach generatora na przebieg procesu samowzbudzenia oraz na wartości ustalone napięć i prądów w stanie jałowym. Przedstawiono także zmiany napięcia na zaciskach generatora i w uzwojeniu wzbudzenia oraz prądów stojana w zależności od prędkości obrotowej generatora oraz zastosowanych pojemności i układów kondensatorów w uzwojeniach stojana przy obciążeniu rezystancyjnym i przy zasilaniu jednofazowego silnika indukcyjnego. Uzyskane wyniki symulacji i pomiarów wskazują na konieczność zastosowania w wirniku jednofazowego samowzbudnego generatora indukcyjnego żłobków półzamkniętych w celu zapewnienia warunków do zainicjowania procesu samowzbudzenia. Otrzymane na drodze symulacji charakterystyki zostały pozytywnie zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie przedstawiono dwuwymiarowy model polowo-obwodowy dwuuzwojeniowej, jednofazowej maszyny indukcyjnej pracującej jako samowzbudny generator indukcyjny oraz dokonano analizy zjawiska samowzbudzenia. Opracowany model polowo-obwodowy jednofazowego samowzbudnego generatora indukcyjnego uwzględnia istnienie remanentu magnetycznego w rdzeniu maszyny oraz charakterystyki magnesowania blach pakietów stojana i wirnika. Zaprezentowane zostały wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych – przebiegi napięć podczas procesu samowzbudzenia generatora w zależności od wielkości otwarcia żłobków, wpływ pojemności i układów kondensatorów w uzwojeniach generatora na przebieg procesu samowzbudzenia oraz na wartości ustalone napięć i prądów w stanie jałowym. Przedstawione zostały trzy metody pozwalające na zamodelowanie w sposób przybliżony zjawiska remanentu magnetycznego w obwodzie magnetycznym maszyny. Uzyskane wyniki symulacji i pomiarów wskazują na konieczność zastosowania w wirniku jednofazowego samowzbudnego generatora indukcyjnego żłobków półzamkniętych w celu zapewnienia warunków dla zainicjowania procesu samowzbudzenia generatora. Przedstawiono zależność napięć i prądów generatora w funkcji prędkości obrotowej i pojemności kondensatorów dla dwóch rozpatrywanych układów połączeń generatora. Wyniki badań symulacyjnych zostały pozytywnie zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym.
EN
The paper presents two-dimensional field-circuit model of two-winding, single-phase induction machine operating as single-phase self-excited induction generator used for the analysis of self-excitation phenomenon. The field-circuit model takes remnant magnetism and magnetization characteristics of stator and rotor core into account. Results of simulations and experiments, i.e. waveforms of voltages during selfexcitation process, their dependence on rotor slot opening, influence of capacitances and different capacitor topologies on self-excitation process, as well steady-state values of generator voltages and currents at no-load operating conditions. Three methods for approximate modeling of remnant magnetism in machine’s iron core are presented. Obtained simulation and experimental results show the need for use of semiclosed rotor slots to ensure conditions for successful self-excitation. Dependence of generator voltages and currents on prime mover speed and capacitor capacitances for two topologies of generator’s external circuit was presented. The simulations were validated experimentally on the laboratory setup.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań symulacyjnych i pomiarowych charakterystyk jednofazowej maszyny indukcyjnej zaprojektowanej jako silnik, a wykorzystanej do pracy generatorowej jako samowzbudny jednofazowy generator indukcyjny. Charakterystyki wielkości wyjściowych generatora w stanie ustalonym wyznaczono za pomocą opracowanego dwuwymiarowego modelu polowo-obwodowego generatora pracującego w układzie autonomicznym. Przeanalizowano stany pracy generatora dla obciążenia rezystancyjnego przy założonej prędkości obrotowej maszyny napędzającej dla kilku możliwych układów konfiguracji kondensatorów w uzwojeniu wzbudzenia i obciążenia. W przyjętym modelu symulacyjnym uwzględniono strukturę materiałowo-konstrukcyjną uzwojeń i rdzenia stojana i wirnika oraz charakterystykę magnesowania podana przez producenta. Przedstawiono zmiany napięcia na zaciskach generatora i uzwojeniu wzbudzenia oraz prądy w uzwojeniach stojana w zależności od prędkości obrotowej generatora oraz zastosowanych pojemności i układów kondensatorów w uzwojeniach stojana, dla pracy jałowej i przy obciążeniu rezystancyjnym. Przedstawiono również przebiegi napięcia i prądu generatora przy bezpośrednim załączeniu jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem kondensatorowym. Zbadano w laboratorium również zachowanie się samowzbudnego generatora indukcyjnego przy zwarciu oraz przebieg odbudowy napięcia po ustąpieniu zwarcia. Otrzymane na drodze symulacji charakterystyki generatora zostały pozytywnie zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym.
EN
In the paper simulation and measurement results of investigation of a single-phase induction machine designed as the motor in respect of possible utilization as an autonomous self-excited single-phase induction generator are presented. Using developed two-dimensional field-circuit model of the generator, steady-state characteristics were computed for stand-alone operation. The computed characteristics for resistive load at constant rotational speed for some capacitors configurations in excitation and load stator windings were compared with measurements. In the field-circuit model material-structure and magnetizing characteristics of the stator and rotor core of the generator were taken into consideration. Terminal voltage and currents in the stator windings as a function of rotor speed and capacitances of capacitors for no-load and resistive load were presented. Possibility of directly supplying a single-phase capacitor induction motor from the generator as dynamic resistance-inductive load was presented. Sudden short-circuited state and re-building terminal voltage and winding currents waveforms when the short-circuited is disconnected were also investigated. The obtained simulation results by the field-circuit model were positively verified by laboratory tests.
Jednofazowe silniki indukcyjne są powszechnie stosowane w przemyśle oraz AGD. Charakteryzują się one jednak stosunkowo niską sprawnością oraz momentem rozruchowym. Metody optymalizacyjne oraz dwuwymiarowy model polowo-obwodowy można z powodzeniem zastosować w projektowaniu prototypów (wirtualnych) nowych silników lub poprawy istniejących. W artykule przedstawiono zarys procesu optymalizacji jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem kondensatorowym. Wydajność obliczeń numerycznych optymalizacyjnych zależy od sposobu sformułowania problemu optymalizacji. Wyboru funkcji celu, zmiennych niezależnych oraz obszaru dopuszczalnego zmian parametrów można dokonać przeprowadzając analizę wrażliwości przyjętych kryteriów optymalizacji testowanego silnika. W tym celu zbadano wpływ zmiennych geometrycznych opisujących kształt żłobka wirnika oraz pojemności kondensatora pracy w środowisku obliczeniowym GOT-it/Flux2D na przyjęte kryteria, czyli moment obrotowy i prąd w stanie zahamowanego wirnika.
EN
Single-phase induction motor are widely used in industry and home appliance devices. However, they are characterized by relatively low efficiency and starting torque. Using a finite element model combined with optimization methods can be useful in designing new prototypes (virtual) or to improve exiting motor. The paper outlines the process of optimization of a single-phase capacitor induction motor. Numerical optimization performance depends on the formulation of the optimiaztion problem. Selection of the objective function, the variables and the area of solution can be assessed by performing sensitivity analysis of adopted optimization criteria of tested motor. For this purpose, the effect of geometric variables describing shape of rotor slot and capacitor capacitance on chosen criteria, like rotational torque and current was examined in locked rotor test in Flux2d/GOT-it software.
The purpose of the paper is the investigation of possibility of utilization of a single-phase induction machine, designed and normally operating as a single-phase capacitor induction motor, as a self-excited single-phase induction generator, which can be used to generate electrical energy from non-conventional energy sources. The paper presents dq model of the self-excited single-phase induction generator for dynamic characteristics simulation and steady-state model based on double revolving field theory with two phase symmetrical components – a forward and backward revolving field for performance of the generator under resistive load. Excitation and load characteristics obtained by simulation showed considerable influence of method of capacitor configuration in the load stator winding on terminal voltage, current and output power of the generator under load. An specific construction of the stator windings together with capacitor requirements to obtain nominal output power at desired self-regulating terminal voltage over the operating range will be the aim of further research.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents steady-state study of the single-phase capacitor induction motor by of 2D field-circuit model and by an actual motor laboratory testing. Developed the field-circuit model was implemented for simulation using Flux2D software package. The investigation of the motor was conducted for steady-state performance with no-load and locked-rotor tests. Computed steady-state characteristics were compared with measured ones to confirm correctness of the simulation model.
PL
Artykuł przedstawia badania stanu ustalonego pracy jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem kondensatorowym za pomocą dwuwymiarowego modelu polowo-obwodowego oraz pomiarów laboratoryjnych rzeczywistego silnika. Model polowoobwodowy silnika opracowano przy wykorzystaniu pakietu Flux2D. Badania silnika przeprowadzono w stanie pracy ustalonej pod obciążeniem, biegu jałowym oraz przy zahamowanym wirniku. Obliczone charakterystyki w stanie ustalonym porównano z wynikami pomiarowymi dla sprawdzenia poprawności przyjętego modelu polowo-obwodowego.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
These The paper presents experimental verification of the 2D field-circuit model of the single-phase capacitor induction motor. Developed the field-circuit model was implemented for simulation using Flux2D software package. The verification of the 2D field-circuit model was conducted for starting of the motor with no-load, steady-state performance and at no-load and locked-rotor tests. Computed dynamic and steady-state characteristics were compared with measured ones to confirm correctness of the simulation model. The model is useful for study the effect of parameters of the motor on starting and running performance at desired load.
PL
Artykuł przedstawia weryfikacje eksperymentalną dwuwymiarowego modelu polowo-obwodowego jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem kondensatorowym. Opracowany model obliczeniowy zaimplementowano w środowisku Flux2D. Weryfikację przeprowadzono dla rozruchu silnika bez obciążenia, stanu ustalonego pracy. W celu oceny poprawności modelu porównano charakterystyki obliczone z pomierzonymi. Model może być przydatny do badań wpływu parametrów na właściwości rozruchowe oraz pracę znamionową badanego silnika.
The paper presents a modelling mathematical tool for prediction of dynamic and steady-states operation of the single-phase capacitor induction motor for different values of the capacitor capacitance and different frequency of voltage supply at no-load and rated load conditions. Developed mathematical model of the capacitor induction motor was implemented for calculation using Matlab/Simulink software. Presented simulation results may be utilized to achieve better starting quality of single-phase capacitor induction motors.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki obliczeń dynamicznego i ustalonego stanu pracy jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem kondensatorowym przy rozruchu bez obciążenia i pracy przy obciążeniu znamionowym. Opracowany model polowoobwodowy jednofazowego silnika kondensatorowego został zaimplementowany do obliczeń w środowisku programu Flux2D. Przedstawione wyniki badań symulacyjnych służą do wstępnej weryfikacji opracowanego modelu obwodowo-polowego, dzięki któremu można uzyskać bardziej dokładne charakterystyki pracy silnika niż za pomocą modeli obwodowych.
EN
The paper presents simulation results of dynamic and steady-state operation of the single-phase capacitor induction motor at no-load and nominal load operation. Developed field-circuit model was implemented for calculation using Flux2D package. Obtained simulation results are treated as preliminary verification of the model.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W wielu obiektach gospodarczych, w których dostępne jest tylko napięcie jednofazowe, występuje potrzeba zastosowania silnika indukcyjnego o mocach rzędu do 5 kW Standardowych silników jednofazowych tego rzędu mocy praktycznie nie ma. Dlatego w publikacji przedstawiono i przeanalizowano możliwość wykorzystania do napędu urządzeń gospodarczych, zamiast typowego silnika jednofazowego, standardowego trójfazowego silnika indukcyjnego. Silniki trójfazowe o szerokim zakresie mocy i prędkości są powszechnie dostępne. Wykorzystywanie tych silników przy zasilaniu jednofazowym jest praktycznie możliwe i zwykle opłacalne, ponieważ system zasilania obiektów napięciem trójfazowym, przy małym wykorzystaniu mocy zamówionej, jest droższy, a instalacja bardziej rozbudowana. Silniki z trójfazowymi uzwojeniami w stojanie i z kondensatorem, przy zasilaniu napięciem jednofazowym, mogą być stosowane do napędzania urządzeń najmniejszych mocy (rzędu watów), jak i urządzeń o dużych mocach, np. w pojazdach trakcji kolejowej o sieci trakcyjnej prądu przemiennego.
EN
In many economic units where only single-phase voltage is available arises the need of using the induction motors of the power in the range to 5kW Standard single-phase motors of such a power in practice do not exist. Therefore, the paper presents and analyses the possibility of replacing the typical single-phase engine with a standard three-phase induction motor for purposes of driving the devices. The three-phase motors of large power and speed range are commonly available. Their application with single-phase supply is practically feasible and usually remunerative, as a three-phase supply system with small value of ordered power is more expensive and its wiring more complicated. Three-phase motors provided with stator winding and capacitor may be used under single-phase supply for driving small-power devices (ranging to watts) and high-power ones, e.g. in railway vehicles supplied from AC contact line.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.