Experimental evaluation of conducted disturbances induced during high frequency switching of active components

Introduction. Power electronics devices are among the most widely used equipment in all fields. The increasing performance of these devices makes their electromagnetic interference factor very important. On the other hand, electromagnetic compatibility research is more and more interested in studies on the sources of electromagnetic disturbances, their propagation paths and the methods of reducing these electromagnetic disturbances. The purpose is to study the behavior of the various active power components at high frequency as well as the evaluation of their electromagnetic noise by using simulation and experimental measurement. Methods. In first time, the simulation was realized with the Lt-spice software which presents many advantages in its use and we validate in the second time the results obtained with experimental measurements. We start by study of the behavior of the diode, then the behavior of MOSFET transistor and finally the study of the behavior of the IGBT transistor. Results. All the simulations were performed using the Lt-spice software and the results obtained are validated by experimental measurements performed in the APELEC Laboratory at the University of Sidi Bel-Abbes in Algeria. The waveforms of the current and voltage across each component during its opening are presented. The results of the simulations are compared and validated with the realized measurements in order to better present the influence of the fast switching of semiconductors on the electrical quantities, which causes electromagnetic disturbances in the interconnected electrical system.Вступ. Пристрої силової електроніки знаходяться серед обладнання, що найбільш широко використовується у всіх областях. Підвищення продуктивності цих пристроїв робить фактор їх електромагнітних перешкод дуже важливим. З іншого боку, при дослідженні електромагнітної сумісності дедалі більше цікавляться джерелами електромагнітних перешкод, шляхів їх поширення та методами зменшення цих електромагнітних перешкод. Мета роботи полягає в тому, щоб вивчити поведінку різних компонентів активної потужності на високих частотах, а також оцінити їхній електромагнітний шум за допомогою моделювання та експериментальних вимірювань. Методи. Уперше моделювання було реалізовано за допомогою програмного забезпечення Lt-spice, яке дає багато переваг при його використанні, і вдруге ми підтверджуємо результати, отримані за допомогою експериментальних вимірів. Ми починаємо з вивчення поведінки діода, потім поведінки MOSFET транзистора і, нарешті, вивчення поведінки IGBT транзистора. Результати. Усі моделювання були виконані з використанням програмного забезпечення Lt-spice, а отримані результати підтверджені експериментальними вимірами, проведеними в лабораторії APELEC в Університеті Сіді-Бель-Аббес в Алжирі. Представлені осцилограми струму та напруги на кожному компоненті під час його відкриття. Результати моделювання порівнюються та підтверджуються реалізованими вимірами, щоб краще уявити вплив швидкого перемикання напівпровідників на електричні величини, що викликає електромагнітні перешкоди у взаємозалежній електричній системі

Measurement and analysis of common and differential modes conducted emissions generated by an AC/DC converter

Introduction. Rectifiers are the most important converters in a very wide field: the transport of electrical energy in direct current and in the applications of direct current motors. In most electrical and electronic systems, rectifiers are non-linear loads made up of diodes, therefore they are a source of harmonic pollution at a base frequency with a distorting line current signal that generates electromagnetic interference. There are two disturbance modes: common mode and differential mode. These disturbances caused by the rapid variation of current and voltage as a function of time due to the switching of active components, passive components such as inductors, capacitors, coupling, etc. The purpose of this work is to study the conducted emissions generated by a rectifier connected to the Line Impedance Stabilizing Network in an electric circuit. The determination of these disturbances is done for firstly both common and differential modes at high frequency, and secondly harmonics current, line current at low frequency. The novelty of the proposed work consists in presenting a study of disturbance generated by rectifiers using simulation and also experimental measurements at low and high frequencies in order to compare the results. Methods. For the study of the disturbances conducted by the diode bridge converter (rectifier), the sources of conducted electromagnetic disturbances were presented in the first time. Then, the common and differential modes were defined. This converter was studied by LTspice Software for simulation and also experimental measurements at low frequency for harmonics current and high frequencies for disturbances in common and differential modes. Results. All the simulations were performed using the LTspice software and the results obtained are validated by experimental measurements performed in the APELEC laboratory at the University of Sidi Bel-Abbes in Algeria. The obtained results of conducted emissions at high frequency and total harmonics distortion of current at low frequency are compared between simulation and experiment. Вступ. Випрямлячі є найважливішими перетворювачами у дуже широкій сфері застосування: передача електроенергії постійного струму та застосування двигунів постійного струму. У більшості електричних та електронних систем випрямлячі є нелінійними навантаженнями, що складаються з діодів, тому вони є джерелом гармонійних «забруднень» на базовій частоті зі спотворенням сигналу лінійного струму, що генерує електромагнітні завади. Існує два режими завад: загальний та диференціальний режим. Ці завади викликані швидкою зміною струму і напруги в залежності від часу через перемикання активних компонентів, пасивних компонентів, таких як котушки індуктивності, конденсатори, муфти та ін. Метою даної роботи є вивчення кондуктивних випромінювань, створюваних випрямлячем, під‘єднаним до мережі стабілізатора повного опору лінії в електричному колі. Визначення цих завад проводиться, по-перше, як для  загального, такі для диференціального режимів на високій частоті, а по-друге, для гармонічного струму, лінійного струму на низькій частоті. Новизна запропонованої роботи полягає у поданні дослідження завад, створюваних випрямлячами, з використанням моделювання, а також експериментальних вимірювань на низьких та високих частотах для порівняння результатів. Методи. Для дослідження завад, створюваних діодним мостовим перетворювачем (випрямлячем), вперше були представлені джерела електромагнітних завад, що виникають. Потім було визначено загальний та диференціальний режими. Цей перетворювач був вивчений програмним забезпеченням LTspice для моделювання, а також експериментальними вимірюваннями на низьких частотах для гармонійного струму та високих частот для завад у загальному та диференціальному режимах. Результати. Усі моделювання були виконані з використанням програмного забезпечення LTspice, а отримані результати підтверджені експериментальними вимірюваннями, проведеними в лабораторії APELEC в Університеті Сіді-Бель-Аббес в Алжирі. Отримані результати для кондуктивних завад на високій частоті та повних гармонічних спотворень струму на низькій частоті порівнюються стосовно моделювання та експерименту.

A high-frequency modeling of AC motor in a frequency range from 40 Hz to 110 MHz

Introduction. Most electromagnetic compatibility models developed for the study of three-phase induction machines are generally valid for low and medium frequencies (<< 1 MHz). This frequency limit seems to be too restrictive for the overall study of conducted electromagnetic interference. In this paper, the model is using the proposed model and compared with experimental results in low and medium frequency. And then, the high-frequency modeling of induction motor is presented new method based on transfer function model. The proposed methodology is verified on an experimental and simulation, it’s suitable for prediction of the terminal overvoltage analysis and electromagnetic interference problems and common-mode and differential-mode currents. The novelty of the work consists to develop an improved high-frequency motor model based on transfer function to represent the motor high-frequency behavior for frequency-domain analyses in the frequency range from 40 Hz up to 110 MHz .The purpose of this work is to study the common-mode impedance and the differential-mode impedance of AC motor. The determination of these impedances is done for firstly both common and differential modes at low and medium frequency, and then common-mode and differential-mode characteristics at high frequency. Methods. For the study of the path of common-mode and differential-mode currents in typical AC motor (0.25 kW, 50 Hz) an identification method in high frequency for induction motor has been proposed based on the transfer function in differential-mode and common-mode configuration. The low and medium frequency model were presented in the first time based on equivalent circuit of electrical motor. Then, the common-mode and differential-mode impedances were defined in high frequency using asymptotic approach. This motor was studied by MATLAB Software for simulation and also experimental measurements. Results. All the simulations were performed using the mathematical model and the results obtained are validated by experimental measurements performed in the University of the Federal Armed Forces Hamburg in Germany. The obtained results of common-mode and differential-mode at low frequency, medium and high frequency are compared between simulation and experiment.Вступ. Більшість моделей електромагнітної сумісності, розроблених для дослідження трифазних асинхронних машин, загалом застосовні для низьких та середніх частот (<<1 МГц). Ця частотна межа здається надто суворою для загального вивчення кондуктивних електромагнітних перешкод. У цій статті запропонована модель використовується і порівнюється з експериментальними результатами за низької та середньої частоти. Потім представлений новий метод високочастотного моделювання асинхронного двигуна, що базується на моделі передавальної функції. Запропонована методологія перевірена експериментально та за допомогою моделювання, вона придатна для прогнозування аналізу перенапруг на клемах та проблем електромагнітних перешкод, а також синфазних та диференціальних струмів. Новизна запропонованої роботи полягає у розробці вдосконаленої моделі високочастотного двигуна на основі передавальної функції для представлення високочастотної поведінки двигуна для аналізу частотної області в діапазоні частот від 40 Гц до 110 МГц. Мета роботи полягає у вивченні синфазного імпедансу та диференціального імпедансу двигуна змінного струму. Визначення цих імпедансів виконується спочатку для синфазних та диференціальних мод на низькій та середній частоті, а потім для синфазних та диференціальних характеристик на високій частоті. Методи. Для дослідження шляху синфазних та диференціальних струмів у типовому двигуні змінного струму (0,25 кВт, 50 Гц) було запропоновано метод ідентифікації на високій частоті для асинхронного двигуна, заснований на передавальній функції у конфігураціях диференціального та синфазного режимів. Вперше представлена низько- та середньочастотна модель на основі схеми заміщення електродвигуна. Потім синфазний та диференціальний імпеданси визначені на високій частоті з використанням асимптотичного підходу. Цей двигун був вивчений програмним забезпеченням MATLAB для моделювання та експериментальних вимірювань. Результати. Все моделювання виконано з використанням математичної моделі, а отримані результати підтверджені експериментальними вимірами, проведеними в Університеті федеральних збройних сил у Гамбурзі, Німеччина. Отримані результати синфазного та диференціального режиму на низькій частоті, середній та високій частоті порівнюються між моделюванням та експериментом

Development of a boost-inverter converter under electromagnetic compatibility stress equipping a photovoltaic generator

Introduction. Static converters are among the most widely used equipment in several applications, for example, electric power transmission, motor speed variation, photovoltaic panels, which constitute the electronic components. The design of a power electronics device is done without any real means of predicting electromagnetic disturbances during the product development phase. This case-by-case development process is repeated until a solution is found that best respects all the electromagnetic compatibility constraints. The purpose is the development of a boost-inverter converter under electromagnetic compatibility constraints. The improvements made to the inverter are mainly in the control, the choice of power switches and the electromagnetic compatibility solutions brought to the device. The quality of the wave is improved by acting on the type of control and the choice of switches. Methods. In the first time, we have highlighted a comparison between two most frequently used power components (MOSFET and IGBT) in the inverter and the boost by simulation using ISIS and LT-spice softwares. The sinusoidal voltage with modulation circuit is greatly simplified by the use of the PIC16F876A microcontroller. In a second step, we validate the obtained results with experimental measurements. We start with the boost, then the inverter. In addition, the circuits made are housed in boxes to avoid accidental contact for people. The equipment is designed to isolate the load from the power supply in case of: over voltages, under voltages, high and low battery level and short circuits. Results. All the simulations were performed using the ISIS and LT-spice softwares. The obtained results are validated by experimental measurements performed in the ICEPS Laboratory at the University of Sidi Bel-Abbes in Algeria. The realization of a single-phase inverter with a pulse width modulation control, associated with a boost chopper and the waveforms of the current and voltage across each static converter its opening are presented. The sources of disturbances in power devices are at the origin of the temporal and frequency characteristics of the signals coming from the hot spots of the power switches and the resonances created during the switching of these elements.Вступ. Статичні перетворювачі відносяться до обладнання, що найбільш широко використовується в декількох застосуваннях, наприклад, для передачі електроенергії, зміни швидкості двигуна, у фотогальванічних панелях, які складають електронні компоненти. Проєкт устрою силової електроніки виконується без будь-яких реальних засобів прогнозування електромагнітних перешкод на етапі розробки продукту. Цей процес індивідуальної розробки повторюється доти, доки знайдено рішення, яке найкраще враховує всі обмеження електромагнітної сумісності. Метою є розробка підвищувально-інверторного перетворювача при обмеженнях за електромагнітною сумісністю. Удосконалення, внесені в інвертор, в основному стосуються управління, вибору силових вимикачів та рішень щодо електромагнітної сумісності, реалізованих у пристрої. Якість хвилі покращується за рахунок впливу на тип керування та вибір перемикачів. Методи. Вперше ми підкреслили порівняння між двома найбільш часто використовуваними силовими компонентами (MOSFET та IGBT) в інверторі та підвищенням шляхом моделювання з використанням програмного забезпечення ISIS та LT-spice. Синусоїдальна напруга зі схемою модуляції значно спрощується за рахунок використання мікроконтролера PIC16F876A. На другому етапі ми підтверджуємо отримані результати експериментальними вимірами. Починаємо з Boost, потім з інвертора. Крім того, виготовлені схеми розміщені в коробках, щоб уникнути випадкового дотику людей. Устаткування призначене для відключення навантаження від джерела живлення у разі: перенапруги, зниженої напруги, високого та низького рівня заряду батареї та короткого замикання. Результати. Усі розрахунки проводилися з використанням програм ISIS та LT-spice. Отримані результати підтверджені експериментальними вимірами, проведеними в лабораторії ICEPS Університету Сіді-Бель-Аббес в Алжирі. Представлено реалізацію однофазного інвертора з керуванням на базі широтно-імпульсної модуляції, пов'язаного з підвищуючим переривником, а також осцилограми струму та напруги на кожному відкритті його статичного перетворювача. Джерелами збурень у силових пристроях є часові та частотні характеристики сигналів, що надходять від гарячих точок силових ключів, та резонанси, що створюються при комутації цих елементів

Experimental study of electromagnetic disturbances in common and differential modes in a circuit based on two DC/DC boost static converter in parallel

Introduction. An electronic control and closing control at the switch (MOSFET) will allow a parallel connection of two DC/DC boost converters. The reason for paralleling converters is to increase the efficiency of the power conversion process. This means that the overall power loss on the main switches is half the power loss on the main switch of a converter. It has been proven that DC-DC converters operating in parallel have different dynamics than a single converter. In this paper, the study is based on a system of two boost converters operating in parallel under current mode control. Although two converters operating in parallel increase the efficiency of the system, if the control parameters are not chosen correctly, the system becomes unstable and starts to oscillate. Purpose of this work is to present the analysis of high frequency electromagnetic disturbances caused by the switching of power switches in DC/DC boost static converters mounted in parallel in the presence of cables. We will study the improvement of the electromagnetic compatibility performances which can be brought by the choice of a static converters for industrial use. Methods. For the study of the path of the currents in common mode and in differential mode, it was possible to evaluate experimentally the electromagnetic compatibility impact in common mode and in differential mode of two boost converters connected in parallel in an electric circuit in connection with the source through a printed circuit board of connection between the source and the load, while using the two basic methods, namely the prediction of the conducted electromagnetic interference, the temporal simulation and the frequency simulation. Results. All the obtained results are validated by experimental measurements carried out at the Djillali Liabes University Sidi-Bel-Abbes in Laboratory of Applications of Plasma, Electrostatics and Electromagnetic Compatibility (APELEC). The experimental results obtained in common mode and in differential mode at low, medium and high frequencies are compared between the parallel boost test with and without electromagnetic compatibility filter

Selecting the most suitable classification algorithm for supporting assistive technology adoption for people with dementia: A multicriteria framework

The number of people with dementia (PwD) is increasing dramatically. PwD exhibit impairments of reasoning, memory, and thought that require some form of self‐management intervention to support the completion of everyday activities while maintaining a level of independence. To address this need, efforts have been directed to the development of assistive technology solutions, which may provide an opportunity to alleviate the burden faced by the PwD and their carers. Nevertheless, uptake of such solutions has been limited. It is therefore necessary to use classifiers to discriminate between adopters and nonadopters of these technologies in order to avoid cost overruns and potential negative effects on quality of life. As multiple classification algorithms have been developed, choosing the most suitable classifier has become a critical step in technology adoption. To select the most appropriate classifier, a set of criteria from various domains need to be taken into account by decision makers. In addition, it is crucial to define the most appropriate multicriteria decision‐making approach for the modelling of technology adoption. Considering the above‐mentioned aspects, this paper presents the integration of a five‐phase methodology based on the Fuzzy Analytic Hierarchy Process and the Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution to determine the most suitable classifier for supporting assistive technology adoption studies. Fuzzy Analytic Hierarchy Process is used to determine the relative weights of criteria and subcriteria under uncertainty and Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution is applied to rank the classifier alternatives. A case study considering a mobile‐based self‐management and reminding solution for PwD is described to validate the proposed approach. The results revealed that the best classifier was k‐nearest‐neighbour with a closeness coefficient of 0.804, and the most important criterion when selecting classifiers is scalability. The paper also discusses the strengths and weaknesses of each algorithm that should be addressed in future research

Half-Metallic Ferromagnetism in Double Perovskite Ca2CoMoO6 Compound : DFT + U Calculations

A systematic investigation on magnetism and spin-resolved electronic properties in double perovskite Ca2CoMoO6 compound was performed by using the full-potential augmented plane wave plus local orbitals (APW+lo) method within the generalized gradient approximation (GGA-PBE) and GGA-PBE+U scheme. The stability of monoclinic phase (P2114) relative to the tetragonal (I487) and cubic (Fmm 225) phase is evaluated. We investigate the effect of Hubbard parameter Uon the ground-state structural and electronic properties of Ca2CoMoO6 compound. We found that the ferromagnetic ground state is the most stable magnetic configuration. The calculated spin-polarized band structures and densities of states indicate that the Ca2CoMoO6 compound is half-metallic (HM) and half-semiconductor (HSC) ferromagnetic (FM) semiconductor with a total magnetic moment of 6.0 using GGA-PBE and GGA-PBE+U, respectively. The Hubbard U parameter provides better description of the electronic structure. Using the Vampire code, an estimation of exchange couplings and magnetic Curie temperature is calculated. Further, our results regarding the magnetic properties of this compound reveal their ferromagnetic nature. The GGA-PBE+U approach provides better band gap results as compared to GGA-PBE approximation. These results imply that Ca2CoMoO6 could be a promising magnetic semiconductor for application in spintronic devices

observability of spontaneous switched linear singular systems

International audienc

Modelling and structural observability of switching linear hybrid singular systems

International audienc