Simulation of dynamic modes in the asynchronous motor

Побудовано математичну модель асинхронного трифазного двигуна, що враховує насичення магнітної системи. Це так звана А-модель двигуна, в якій у матриці коефіцієнтів фігурують обернені індуктивності двигуна. Система диференціальних рівнянь електромагнітного стану сформована в нормальній формі Коші, записана в матричні формі і є дуже зручною для чисельного інтегрування, оскільки вона реалізується явними методами, що є простішими в комп’ютерній реалізації, ніж неявні. Це дає змогу позбутись операцій чисельного обертання матриці коефіцієнтів на кожному кроці інтегрування, а також віднімання двох близьких за значенням величин основного й робочого потокозчеплень. Відповідно мінімізуються затрати комп’ютерного часу й підвищується точність розрахунку. Такий підхід дає змогу описати складні фізичні процеси у двигуні, а саме, ефект насичення магнітопроводу та механічний обертовий рух. Просимульовано пуск двигуна, вихід на усталену швидкість обертання, а також подальшу зміну навантаження на валу двигуна. Використання запропонованої моделі асинхронного двигуна, створеної за його реальними паспортними даними, дає можливість для адекватного моделювання в реальному часі. Модель оперує фізичними величинами, а саме струмами в обмотках двигуна, що мають практичний інтерес, і може бути застосована для розрахунку та аналізу перехідних процесів. При побудові моделі використано мову програмування FORTRAN і графічний редактор GRAPHER. Для чисельного інтегрування диференціальних рівнянь використано явний метод Ейлера. Проведено дослідження та аналіз електромагнітних і механічних процесів. Запропонована модель може бути використана для аналізу режимів роботи двигуна як автономного елемента, так і елемента електромеханічної системи. Показано, що ця модель відповідає класичній теорії електричних машин.The mathematical model of asynchronous three-phase motor, which takes into account the saturation of the magnetic system, is constructed in this paper. The system of differential equations of the electromagnetic state is formed in the normal Cauchy form. This form of equations presented in the matrix form is very convenient for numerical integration, since it is implemented by explicit methods that are simpler in computer realization than implicit ones. This approach makes it possible to describe the complex physical processes in the motors, namely the effect of saturation of the magnetic circuit and mechanical rotational motion. The use of the proposed model of the asynchronous motor, created by its real passport data, provides an opportunity for adequate real-time modeling. FORTRAN programming language and graphic editor GRAPHER are used to calculate dynamic regimes. The explicit Euler method is used for numerical integration of differential equations. The proposed model can be used to analyze the modes of operation of the motors as an autonomous element and an element of the electromechanical system. It is shown that this model corresponds to the classical theory of electric machines

Effect of disorder and noise in shaping the dynamics of power grids

The aim of this paper is to investigate complex dynamic networks which can model high-voltage power grids with renewable, fluctuating energy sources. For this purpose we use the Kuramoto model with inertia to model the network of power plants and consumers. In particular, we analyse the synchronization transition of networks of $N$ phase oscillators with inertia (rotators) whose natural frequencies are bimodally distributed, corresponding to the distribution of generator and consumer power. First, we start from globally coupled networks whose links are successively diluted, resulting in a random Erd\"os-Renyi network. We focus on the changes in the hysteretic loop while varying inertial mass and dilution. Second, we implement Gaussian white noise describing the randomly fluctuating input power, and investigate its role in shaping the dynamics. Finally, we briefly discuss power grid networks under the impact of both topological disorder and external noise sources.Comment: 7 pages, 6 figure

AER-based robotic closed-loop control system

Address-Event-Representation (AER) is an asynchronous protocol for transferring the information of spiking neuro-inspired systems. Actually AER systems are able to see, to ear, to process information, and to learn. Regarding to the actuation step, the AER has been used for implementing Central Pattern Generator algorithms, but not for controlling the actuators in a closed-loop spike-based way. In this paper we analyze an AER based model for a real-time neuro-inspired closed-loop control system. We demonstrate it into a differential control system for a two-wheel vehicle using feedback AER information. PFM modulation has been used to power the DC motors of the vehicle and translation into AER of encoder information is also presented for the close-loop. A codesign platform (called AER-Robot), based into a Xilinx Spartan 3 FPGA and an 8051 USB microcontroller, with power stages for four DC motors has been used for the demonstrator.Junta de Andalucía P06-TIC-01417Ministerio de Educación y Ciencia TEC2006-11730-C03-0

Asynchronous performance analysis of a single-phase capacitor-start, capacitor-run permanent magnet motor

This work presents a detailed analysis of the asynchronous torque components (average cage, magnet braking torque and pulsating) for a single-phase capacitor-start, capacitor-run permanent magnet motor. The computed envelope of pulsating torque superimposed over the average electromagnetic torque leads to an accurate prediction of starting torque. The developed approach is realized by means of a combination of symmetrical components and d-q axes theory and it can be extended for any m-phase AC motor - induction, synchronous reluctance or synchronous permanent magnet. The resultant average electromagnetic torque is determined by superimposing the asynchronous torques and magnet braking torque effects

Dynamics of fully coupled rotators with unimodal and bimodal frequency distribution

We analyze the synchronization transition of a globally coupled network of N phase oscillators with inertia (rotators) whose natural frequencies are unimodally or bimodally distributed. In the unimodal case, the system exhibits a discontinuous hysteretic transition from an incoherent to a partially synchronized (PS) state. For sufficiently large inertia, the system reveals the coexistence of a PS state and of a standing wave (SW) solution. In the bimodal case, the hysteretic synchronization transition involves several states. Namely, the system becomes coherent passing through traveling waves (TWs), SWs and finally arriving to a PS regime. The transition to the PS state from the SW occurs always at the same coupling, independently of the system size, while its value increases linearly with the inertia. On the other hand the critical coupling required to observe TWs and SWs increases with N suggesting that in the thermodynamic limit the transition from incoherence to PS will occur without any intermediate states. Finally a linear stability analysis reveals that the system is hysteretic not only at the level of macroscopic indicators, but also microscopically as verified by measuring the maximal Lyapunov exponent.Comment: 22 pages, 11 figures, contribution for the book: Control of Self-Organizing Nonlinear Systems, Springer Series in Energetics, eds E. Schoell, S.H.L. Klapp, P. Hoeve