This paper presents the concept and three practical examples of using complex thermal impedance for characterisation different thermal objects. The first problem describes estimation time shift between power and temperature in electric distribution systems with non-sinusoidal currents. The second example discussed here, shows the estimation of power losses distribution in the magnetic punched ferromagnetic strips. The third application presents the inverse thermal modelling of 3-layer biomedical objects (tissues) to estimate the thermal parameters. More details of the presented problems are in the appropriate papers of the authors referenced here.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with results of the numeric modeling of selected parts of the induction motor, whose core consists of punched strips. During modeling, the impact of one of the punching process's parameter, was studied. As it was demonstrated, this parameter has a significant influence on the actual size of the air gap. The necessary data for profile's modeling were obtained from measurements, executed on the rectangular samples.
PL
Artykuł prezentuje wyniki modelowania wybranych fragmentów silnika indukcyjnego, którego rdzeń wykonano z blach poddanych wykrawaniu mechanicznemu. Podczas modelowania badano wpływ jednego z parametrów charakteryzujących wykrawanie. Jak wykazano, parametr ten ma zasadnicze znaczenie na rzeczywisty rozmiar szczeliny powietrznej silnika. Dane niezbędne do modelowania kształtu profile blach uzyskano z pomiarów wykonanych na prostokątnych próbkach.
Artykuł dotyczy wyznaczania składników strat mocy w ferromagnetyku miękkim, wiodącym zmienny w czasie strumień magnetyczny. Autorzy zaproponowali nowe rozwiązanie wykorzystujące kamerę termowizyjną do pomiaru temperatury na powierzchni blachy. Rozwiązanie to bazuje na fakcie, iż rozpraszana energia wynikająca ze strat jest przekształcana w ciepło. Dzięki temu można wyznaczyć składniki strat histerezowych i wiroprądowych wykonując pomiar przy różnych częstotliwościach strumienia magnetycznego.
EN
: The paper presents a novel approach to estimating components of losses in soft ferromagnetic materials. The idea of the described solution is to use a thermovision camera to measure the increase of temperature of the metal plate surface. The temperature rises because of power losses caused by an alternating magnetic flux. This enables measurements at different frequencies to determine the components of the losses. It is required to apply a model of a metal plate [4] to estimate the amount of power, basing on a thermal response recorded by a thermal camera in time domain. Using (4) one can calculate the content of hysteresis and eddy-current losses. The concept of a test rig is shown in Fig. 2, while the obtained results are presented in Fig. 3. In that figure there are plots of power divided by frequency as a function of frequency obtained from thermal measurements and the plots are coherent with those prepared basing on the catalogue data. The results allow us to conclude that the presented method is a promising tool. Currently it is in a preliminary stage and the authors plan to develop it in the future.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with the problem of determining the width of the damaged material zone, resulting from the punching process. Using the FEM model and the measurement results, the author propose to apply algorithm which enables determination of magnetic material parameters of the damaged zone. It should be stressed that the proposed algorithm uses non-invasive method of measuring.
PL
Artykuł opisuje problem wyznaczania szerokości strefy zniszczonego materiału, będącej wynikiem procesu wykrawania. Wykorzystując model FEM oraz wyniki pomiarów, autor proponuje algorytm postępowania który umożliwia wyznaczenie szerokości a także właściwości materiału zniszczonej strefy. Należy podkreślić, że proponowany algorytm wykorzystuje bezinwazyjną metodę pomiaru.
W tym artykule autorzy szacują i analizują wartości strat w rdzeniu stojana, występujące w silniku indukcyjnym małej mocy. Analizę przeprowadzono przy użyciu metody elementów skończonych (MES), w warunkach sinusoidalnego zasilania. Obliczenia całkowitych strat w rdzeniu zostały przeprowadzone przez sumowanie składników strat pochodzących od składowych indukcji występujących w elementarnych obszarach rdzenia stojana. Przyjęto, że zjawiska, w postaci strat w rdzeniu, pochodzące od tych składowych są niezależne. Straty histerezy obrotowej obliczono, stosując współczynnik korygujący, uzyskany na podstawie zebranych danych doświadczalnych. Stosowany model uwzględnia występowanie uszkodzonych fragmentów ferromagnetyka, będących wynikiem wykrawania.
EN
In this paper the iron losses in low power induction motor are estimated and analysed using time-stepping Finite Element Method (FEM) under sinusoidal supply. The iron losses calculation has been carried out by add up the iron losses produced by orthogonal components of the flux density, as if the iron losses produced by these components were independent phenomena. The rotational hysteresis loss has been calculated applying a correction factor based on experimental data. Applied model takes into account the presence of damaged zones of the ferromagnetic, as a result of punching.
W pracy przedstawiono i omówiono dwie, najczęściej stosowane metody wyznaczania strat mocy w cienkich blachach ferromagnetycznych. Zaprezentowano wyniki uzyskane dla dwóch przykładowych blach, wskazując obszar zastosowania każdej z metod.
EN
The paper presents and discusses two commonly used methods for determining losses in the thin ferromagnetic sheets. Moreover, it shows the results for the two sample sheet, indicating the area of application of each method.
The paper deals with the problem of automatic image processing, which takes into account the specific purpose of improving image quality. This issue is particularly difficult in the case of improving the quality of images derived from medical equipment. The methods of processing and quality improvement applied in this case require the use of clear and objective measures of image quality. The improvement of image quality can be evaluated according to some objective criteria, like scalar measures. The authors present the partial results of work showing the influence of the adaptive filter parameters used, in relation to the class of medical images, on the objective scalar measures of image quality.
Modelowanie statycznej pętli histerezy materiału magnetycznego jest problemem, którym naukowcy zajmują się od wielu lat. W tym czasie powstało wiele różnych modeli matematycznych, uwzględniających specyfikę budowy materiału magnetycznego. Niektóre z tych modeli mają ograniczony zakres stosowalności, inne zaś pozwalają na modelowanie pętli histerezy podczas dużych zmian wartości maksymalnej indukcji. Artykuł prezentuje opis matematyczny kilku najbardziej popularnych modeli statycznej pętli histerezy materiału magnetycznie miękkiego.
EN
Modeling the static hysteresis of magnetic material is a problem of which scientists are taking care for many years. At that time a lot of different mathematical models appeared, taking into account the specificity of the structure of magnetic material. Some of these models have the reduced scope of the applicability, whereas others let for modeling the hysteresis under wide change of maximum value of the induction. The paper introduces the mathematical description of a few most popular models of the static hysteresis of soft magnetic material.
The paper describes brushless permanent magnet disk-type motor model useful for simulation in Matlab/Simulink. Some of BLDC disktype motor parameters necessary for the Matlab/Simulink model were determined by using 3D FEM calculations. These parameters take into account the damage of a part of magnetic material structure resulting from the punching process and coiling the ferromagnetic stripes creating the torus-shaped stator core. The adequacy of the model has been checked in the conditions of the load torque change by comparison of measurement and simulation results.
PL
Artykuł opisuje model bezszczotkowego silnika dyskowego z magnesami trwałymi, który jest użyteczny do zastosowania i symulacji w programie Matlak/Simulink. Niektóre z parametrów silnika BLDC, niezbędne dla modelu określono z wykorzystaniem trójwymiarowych obliczeń metodą elementów skończonych. Parametry te uwzględniają zniszczenie części struktury materiału magnetycznego wynikające z procesu wykrawania oraz zwijania taśmy tworzącej rdzeń stojana w kształcie torusa. Adekwatność modelu została potwierdzona w warunkach zmiany momentu obciążenia, poprzez porównanie wyników symulacji oraz pomiarów.
Artykuł prezentuje kierunki rozwoju modeli matematycznych pozwalających na wyznaczanie strat w ferromagnetykach miękkich, poddawanych przemagnesowaniu osiowemu jak również obrotowemu. Wskazane są istotne różnice w matematycznym zapisie równań umożliwiające wykorzystanie ich podczas obliczeń strat mocy w ferromagnetyku wzbudzanym strumieniem magnetycznym o przebiegu innym niż sinusoidalnie zmienny.
EN
The paper presents directions of mathematical model evolution, enabling on iron loss estimation in soft ferromagnetics, under longitudinal as well as rotational magnetization. Fundamental differences In mathematical notation was pointed out. These differences enable iron loss estimation under nonsinusoidal magnetic flux waveform.
W pracy przedstawiono problemy modelowania pętli histerezy materiału magnetycznego, z wykorzystaniem jednego z najbardziej popularnych modeli, jakim jest model Preisach'a. Wskazano na różne postacie matematyczne tego modelu, w zależności od rodzaju analizy jaką chcemy przeprowadzić (analiza statyczna czy analiza dynamiczna) a także pokazano zmiany parametrów tego modelu w zależności od aktualnego punktu pracy (wymuszenia w określonym punkcie pracy). Praca dotyczy modelowania pętli histerezy w materiałach magnetycznie miękkich, posiadających strukturę krystaliczną.
EN
In paper problems of the hysteresis loop modelling of magnetic material were introduced. The utilization one of the most popular models, the Preisach model, was discussed. It was pointed that the model has different mathematical forms with respect to the kind of analysis (static analysis or dynamic analysis), as well as, changes of parameters of this model were shown in dependence on the current point of work (external enforcement in definite point of work). The paper concerns the modelling of the hysteresis loop of soft magnetic materials, possessing crystalline structure.
Artykuł przedstawia przegląd modeli analitycznych pozwalających modelować przebieg pętli histerezy w materiałach magnetycznych. Zajmuje się zarówno modelami statycznej jak i dynamicznej pętli histerezy.
EN
The paper introduces review of analytical models permitting to model the course of the hysteresis loop in magnetic materials. It deals with both static as well dynamic models.
Rozważania zawarte w niniejszej pracy dotyczą problemu obliczania strat mocy w ferromagnetykach miękkich o budowie domenowej, wiodących odkształcony strumień magnetyczny lub strumień sinusoidalnie zmienny w obecności stałego pola podmagnesowującego. Głównym elementem pracy jest sformułowanie, możliwie ogólnego algorytmu postępowania pozwalającego na wyznaczenie strat mocy, pochodzących od wyższych harmonicznych strumienia magnetycznego. Harmoniczne te są składowymi odkształconego strumienia magnetycznego, występującego podczas zasilania urządzenia elektrycznego z falownika napięciowego MSI (tak więc praca nie dotyczy wyznaczania strat mocy pochodzących od podstawowej harmonicznej strumienia). Algorytm ten dotyczy dwóch obszarów zastosowań: - wyznaczanie strat mocy w ferromagnetyku pracującym w warunkach podmagnesowania polem stałym i wiodącym sinusoidalnie zmienny strumień magnetyczny o częstotliwości od kilkuset Hz do kilku kHz, - wyznaczanie strat mocy w ferromagnetyku wiodącym odkształcony strumień magnetyczny (zawierający przebieg ustalający magnetyczne warunki pracy a także wyższe harmoniczne indukcji, mające istotnie mniejszą amplitudę i większą częstotliwość. Przebiegiem ustalającym magnetyczne warunki pracy może być podstawowa harmoniczna lub suma podstawowej i kilku harmonicznych niskich rzędów). W przypadku wyznaczania strat mocy, istotny jest iloczyn wartości indukcji i częstotliwości. Tak więc iloczyn określony dla podstawowej harmonicznej (np. 50 Hz) może mieć zbliżoną wartość do iloczynu określonego dla wyższej harmonicznej. Zaproponowaną metodologię obliczeń, zastosowano do wyznaczania strat mocy w odniesieniu do blach izotropowych oraz anizotropowych. Ponadto zaproponowano, aby niezbędne do obliczeń parametry materiałowe, uzyskać na drodze pomiarowej, wykorzystując proste obwody magnetyczne, badane przy niskich częstotliwościach, w zaproponowanym układzie pomiarowym. Parametry te zostały zastosowane w procesie obliczeniowym, wykorzystując do tego celu zbudowane modele polowe (na potrzeby pracy dokonano algorytmizacji jedno- oraz dwuwymiarowego polowego modelu ferromagnetyka). W trakcie analizy wielkości magnetycznych otrzymanych z tych modeli (natężenia pola, indukcji oraz strumienia magnetycznego), uzyskano chwilowe czaso-przestrzenne rozkłady natężenia pola magnetycznego oraz indukcji, a także parametry całkowe - strumień magnetyczny i straty mocy. W procesie obliczeniowym zwrócono szczególną uwagę na wyznaczanie strat mocy typu excess. Wykonana przez autora algorytmizacja polowego modelu dwuwymiarowego, opartego o model domenowy Pry'a i Bean'a, pozwala jednoznacznie określić wpływ pola podmagnesowującego na wartość strat Joule'a, zaś analiza wynikająca z opisu analitycznego modelu domenowego pozwala określić wpływ stałego pola podmagnesowującego na wartość strat histerezowych. Ponadto model dwuwymiarowy umożliwia ocenę wpływu pochylenia ściany domenowej na wartość strat Joule'a. Wyniki tych badań pozwoliły jednoznacznie określić przyczyny wzrostu strat mocy w ferromagnetyku, będące wynikiem podmagnesowania polem stałym. Wyniki obliczeń strat mocy dotyczące pracy w warunkach podmagnesowania, mogą zostać wykorzystane do wyznaczenia strat mocy w rdzeniach maszyn i urządzeń elektrycznych podczas pracy w warunkach odkształconego strumienia magnetycznego, np. podczas ich zasilania z falownika napięciowego MSI. W pracy zaproponowano wzory analityczne pozwalające związać wyniki obliczeń (lub pomiarów) strat mocy podczas pracy w warunkach pola podmagnesowującego oraz odkształconego strumienia magnetycznego. Zaproponowane wzory umożliwiają wyznaczenie strat mocy zarówno w przypadku sinusoidalnie zmiennego pola podstawowej hannonicznej jak i przebiegu niesinusoidalnego, określającego magnetyczne warunki pracy. Wyniki obliczeń zostały porównane z wynikami uzyskanymi na drodze pomiarowej i potwierdziły poprawność zaproponowanej metodologii, w odniesieniu do ferromagnetyków miękkich o budowie domenowej (blach elektrotechnicznych izotropowych oraz anizotropowych). Proponowana metodologia nie dotyczy wyznaczania strat mocy pochodzących od podstawowej harmonicznej przebiegu a także harmonicznych niskiego rzędu np. 3 lub 5. Ponadto wymaga, aby w odkształconym przebiegu strumienia magnetycznego, można było wyróżnić przebieg (składający się z kilku wybranych harmonicznych o największej amplitudzie indukcji), ustalający magnetyczne warunki pracy. Proponowana metodologia nie dotyczy przypadku w którym widmo harmonicznych jest bardzo gęste i nie można jednoznacznie wyróżnić harmonicznych ustalających magnetyczne warunki pracy.
EN
The considerations presented in this work concern the problem of the power loss calculation in soft ferromagnetics having domain structure. This material leads deformed magnetic flux or leads sinusoidal flux and works under the DC-biased magnetization. The main objective of this work is to formulate, the possibly general algorithm, enabling the calculation of the power losses, coming from the higher order harmonics (this work does not deal with calculation of the power losses which come from the basic harmonic of the flux density ). This algorithm concerns two areas: - the calculation of power losses in ferromagnetic which is working in DC-biased conditions and leading sinusoidal changing magnetic flux about frequencies from a few hundred Hz to some kHz, - the calculation of power losses in ferromagnetic leading deformed magnetic flux ( including basic harmonic as well as higher order harmonics, which have sufficiently lower amplitude and higher frequency ). The suggested method, was applied for the calculation of the power losses in reference to isotropic as well as anisotropic electrotechnical steel sheets. Moreover, it was suggested, that indispensable material parameters, should be obtained from measurements, using simple magnetic circuits in the proposed measurement system. Those parameters were applied in the computational process, use built the field models (for the purpose of this work, the one-dimensional as well as two-dimensional models of ferromagnetic were built ). During the analysis of the magnetic quantities received from those models (the field strength, the flux density as well as the magnetic flux ), the temporary time - spatial schedules of the filed strength as well as flux density and also the integral parameters - the magnetic flux and the power of losses were obtained. In the computational process a special attention was drawn onto the calculation of excess power losses. The built two-dimensional field model, based on the domain model created by Pry and Bean, enables to determine the DC-biased field onto value of the Joule losses unambiguously, whereas the analysis of the analytic description of the domain model allows to define DC-biased field value of the hysteresis losses. Moreover, the two-dimensional model makes it possible to qualify the domain's wall inclination, onto value of the Joule losses. The results of those investigations enabled to determine the causes of the power loss increase unambiguously, being the result of DC-biased field. The results of the power loss calculations during the work in DC-biased conditions, can be applied during the power supply from a PWM inverter to calculate power losses during work in the conditions of the deformed magnetic flux. The work, introduces analytic formula enabling the connection of the results of the power loss calculations ( or measurements ) in conditions of DC-biased field with power loss results in the case of deformed magnetic flux. Proposed formulas make it possible to determine the power losses, both in the case of sinusoidally changing field of the basic harmonic as well as the nonsinusoidal course, defining the magnetic conditions of work. The results of the calculations were verified with measured ones and they confirmed accuracy of the proposed methodology, with reference to the soft ferromagnetics having magnetic domain ( isotropic as well anisotropic electrotechnical steel sheets).
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The problem of the power loss estimation has been studied for many years. The most popular method uses the Preisach model. Using this model, in the case when deformed magnetic flux exists, we should execute many experiments to describe in correct form the Everett function. Except that, a well-known analytical models are used. These models, use an average parameters of the ferromagnetic. These parameters are estimate with help of the course of the supply voltage or with help of the hysteresis angle measurements [3],[4],[5]. Proposed by author analytic algorithm, makes possible the power loss delimitation ( in case of deformed magnetic flux ), with help of simple measurements under the DC-bias conditions.
PL
Problem obliczania strat mocy w ferromagnetykach miękkich jest znany od wielu lat. W ostatnich latach najczęściej wykorzystywany jest model Preisacha. Wykorzystując ten model, w przypadku obliczeń strat mocy dla odkształconego strumienia magnetycznego, musimy przeprowadzić wiele pomiarów aby dokładnie wyznaczyć funkcję Everetta, wykorzystywaną w tym modelu. W procesie obliczeń strat mocy można także wykorzystywać dobrze znane i opisane modele analityczne. Modele te wykorzystują uśrednione parametry ferromagnetyka. Parametry te, mogą być wyznaczane w oparciu o znajomość przebiegu napięcia zasilającego lub pomiary kąta histerezy. Proponowany przez autora algorytm postępowania, umożliwia wyznaczanie strat mocy (w warunkach odkształconego strumienia magnetycznego), wykorzystując do tego celu wyniki pomiarów, wykonane w obecności stałego pola podmagnesowującego.
Powszechnie stosowane układy przekształtnikowe, jakimi są mostki niesterowane oraz sterowane, generują podczas swojej pracy wyższe harmoniczne prądu, które są emitowane do sieci zasilającej. W wielu przypadkach emisja harmonicznych prądu przekracza zalecane przez normy poziomy [l, 2], Jednym ze sposobów dostosowania wymienionych urządzeń do wymagań norm jest włączenie w sposób równoległy lub szeregowy dodatkowych urządzeń jakimi są filtry aktywne [4, 5, 7]. Zadaniem tych urządzeń jest zapewnienie sinusoidalnie zmiennego prądu pobieranego z sieci przez zespół składający się z filtru oraz np. mostka niesterowanego.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono porównanie wyników pomiarowów obliczeń obrotowych strat mocy w próbce magnesowanej w aparacie RSST (Rotational Single Sheet Tester). W tym celu obliczenia wykonano dla modelu aparatu RSST wykorzystując FEM z wymuszeniem napięciowym, tak aby uzyskać zamierzony hodograf indukcji magnetycznej w centrum próbki.
EN
The paper presents comparison of measurement and calculation results of rotational power loss in a sample magnetised in RSST (Rotational Single Sheet Tester). For this aim calculation have been carried out for model of RSST using FEM method with voltage force in such a way that assumed hodograf of flux density in centre of sample was reached.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wyznaczanie strat mocy w blachach elektrotechnicznych to problem zgłębiany od wielu lat. Dotychczas zaproponowano wiele metod mających umożliwić modelowanie przebiegu zjawisk elektromagnetycznych zachodzących w ferromagnetyku. Jednakże wyznaczone na ich podstawie wartości strat mocy ciągle odbiegają od wartości pomierzonych strat. Autorzy tego artykułu prezentują sposób wyznaczania strat mocy na podstawie modelu jednowymiarowego uzupełnionego o straty dodatkowe wyznaczone przy wykorzystaniu teorii proponowanej przez Bertottiego.
EN
The power Ioss calculation in the electrotechnical steel sheets is the problem well known for many years. TilI now many methods were proposed to make possible the modeling of electromagnetic phenomena which occur in ferromagnetic material. However calculated in that way the power losses still differ from measured losses. Authors of the paper present the method of power Ioss calculation which base on one dimensional model supplemented for the excess losses, calculated with help of theory proposed by Bertotti.
Powszechnie stosowane układy przekształtnikowe jakimi są mostki niesterowane oraz sterowane, generują podczas swojej pracy wyższe harmoniczne prądu które są emitowane do sieci zasilającej. W wielu przypadkach, emisja harmonicznych prądu przekracza zalecane przez normy poziomy. Jednym ze sposobów dostosowania wymienionych urządzeń do wymagań norm jest włączenie w sposób równoległy lub szeregowy dodatkowych urządzeń zwanych UPS (Uninterruptable Power System). Artykuł przedstawia wyniki symulacji komputerowej dotyczącej współpracy układu UPS z mostkiem niesterowanym. W tym kontekście przedstawiono różnice dotyczące wartości mocy biernej jaka winna zostać skompensowana przez szeregowy lub równoległy układ UPS.
EN
In commonly used power electronic systems, higher order harmonics of the current are emitted to the mains. In many cases, emission of these harmonics exceeds permissible levels. One of the adaptation method is joining the UPS system (Uninterruptable Power System). The paper introduce results of computer simulation of UPS system cooperating with not controlled bridge. In this context were introduce differences of the reactive power which has to be compensate by UPS system in both cases (when the UPS system is connect in parallel or serial manner with device).
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Nowoczesne napędy silników elektrycznych zawierają układy przekształtnikowe które zapewniają przeprowadzenie płynnego rozruchu oraz regulacją prędkości obrotowej w szerokim zakresie. Jednakże konstrukcja falownika napięciowego zawiera na wejściu prostownik oraz kondensator w członie pośrednim. Ten fakt jest przyczyną występowania bardzo niekorzystnego zjawiska jakim jest generacja wyższych harmonicznych prądu pobieranego z sieci oraz związane z tym odkształcanie napięcia sieciowego. Artykuł prezentuje metody ograniczenia lub kompensacji tego zjawiska oraz zawiera analizę skuteczności działania w warunkach przemysłowych w porównaniu z wymaganiami jakie stawiają normy EMC dla tej klasy urządzeń.
EN
The modern systems containing the electric motor and the voltage inverter that ensure the soft start of the motor and the speed control in wide range. But structure of the inverter include the rectifying bridge and the capacitor. These elements are reason of the parasitic phenomenon like high order harmonics of the line current and voltage. The paper presents methods of limitation of high order harmonics of the current.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.