Showing papers in "Przegląd Elektrotechniczny in 2019"

Area monitoring using the ERT method with multisensor electrodes

Abstract: The article presents a non-destructive method using multisensor electrodes to study cross-sections of interior objects such as landfills and flood embankments. Special sensors have been developed for deep measurements using electrical resistive tomography (ERT). It is an innovative approach to testing water and waste reservoirs, both due to the reconstruction model and the measurement method. The combination of tomographic techniques and original reconstruction algorithms allowed non-invasive and more accurate, spatial assessment of seepages and other damages of flood embankments. Streszczenie. W artykule przedstawiono metodę nieniszczącą z wykorzystaniem elektrod wielosensorowych do badania przekrojów wnętrza obiektów takich jak wysypiska i wały przeciwpowodziowe. Opracowano specjalne czujniki przeznaczone do pomiarów głębinowych za pomocą elektrycznej tomografii rezystancyjnej (ERT). Jest to innowacyjne podejście do testowania zbiorników wodnych i odpadowych, zarówno z uwagi na model rekonstrukcji, jak i metodę pomiaru. Połączenie technik tomograficznych i oryginalnych algorytmów rekonstrukcyjnych pozwoliło na nieinwazyjną i bardziej dokładną, przestrzenną ocenę infiltracji i innych uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych. (Monitorowanie obszaru metodą ERT za pomocą elektrod wielosensorowych).

Electrical tomography system for Innovative Imaging and Signal Analysis

Abstract: In this article, we describe the electrical tomography system for biomedical applications. Electrical tomography for pulmonology and heart monitoring is a non-invasive imaging method in which an unknown physical object is examined using electrical currents applied at the boundary. The internal conductivity distribution is recovered from the measured boundary voltage data. The numerical model of the lungs with heart is presented. The deterministic algorithms based on the SVD distribution and gradient techniques were analysed. The algorithms of electrical reconstruction of impedance tomography were tested. New results of the reconstruction of the numerically simulated phantom were presented. The calculations were made for the defined model by solving the inverse problem. The finite element method was used to solve the simple problem. The collection of tomographic data must be as fast as reliable to consider the possibility of real-time reconstruction. System architecture and prototype design for biomedical electrical tomography were also presented. The hardware solution was based on the FPGA chip. The system is a mobile solution that allows simultaneous recording of the electrical potential of cardiac function and lung ventilation. Streszczenie. W tym artykule opisujemy system tomografii elektrycznej do zastosowań biomedycznych. Tomografia elektryczna do monitorowania pulmonologii i serca jest nieinwazyjną metodą obrazowania, w której nieznany obiekt fizyczny jest badany za pomocą prądów elektrycznych stosowanych na granicy. Wewnętrzny rozkład przewodnictwa jest odzyskiwany ze zmierzonych danych napięcia granicznego. Przedstawiony został model numeryczny płuc o serca. Przeanalizowane zostały algorytmy deterministyczne oparte o rozkład SVD i techniki gradientowe. Zbadano algorytmy rekonstrukcji elektrycznej tomografii impedancyjnej. Przedstawiono nowe wyniki rekonstrukcji symulowanego numerycznie fantomu. Obliczenia wykonano dla zdefiniowanego modelu poprzez rozwiązanie zagadnienia odwrotnego. Do rozwiązania zagadnienia prostego zastosowano metodę elementów skończonych. Zbieranie danych tomograficznych musi być tak szybkie, jak niezawodne, aby uwzględnić możliwość rekonstrukcji w czasie rzeczywistym. Przedstawiona została również architektura systemu i projekt prototypów dla biomedycznej tomografii elektrycznej. Rozwiązanie hardware'owe oparto na układzie FPGA. System jest rozwiązaniem mobilnym, które umożliwia równoczesne rejestrowanie potencjału elektrycznego czynności serca i wentylację płuc. (System tomografii elektrycznej do innowacyjnego obrazowania i analizy sygnału).

SAR optimization for multi-dipole antenna array with regard to local hyperthermia

Abstract: The following paper describes the valid optimization problem of multi-element circular array that contains 16 equal-length dipole antennas surrounding given two-spherical object. The task of the authors was to maximize the specific absorption rate (SAR) inside the inner object, while maintaining its minimum value in the external sphere. The proposed approach includes changes in the powers and phases of the voltage sources supplying individual dipoles of the antenna matrix. The shown method may have huge impact in localized tumor heating during thermal therapy. Streszczenie. Niniejsza praca opisuje ważny problem optymalizacji wieloelementowego szyku kołowego, który zawiera 16 anten dipolowych, o równej długości, otaczających dwu-sferyczny obiekt. Zadaniem autorów była maksymalizacja współczynnika absorpcji własnej (SAR) w wewnętrznym obiekcie, przy zachowaniu jego minimalnej wartości w zewnętrznej kuli. Zaproponowane podejście uwzględnia zmiany mocy i faz źródeł napięciowych zasilających poszczególne dipole szyku antenowego. Przedstawiona metoda może mieć olbrzymi wpływ na zlokalizowane grzanie guza podczas terapii ciepłem. (Optymalizacja współczynnika SAR dla szyku z wieloma antenami dipolowymi pod kątem hipertermii miejscowej)

Electromagnetic fields and neurodegenerative diseases

Abstract: The aim of this work is to present the current knowledge about the possible participation of electromagnetic fields in the occurrence and also in treatment of neurodegenerative diseases. The literature data indicate both the negative and positive effects of electromagnetic fields and not allow to draw unambiguous conclusions. Undoubtedly, the topic is still open and needs further intensive research to finally assess the mechanism of action of the electromagnetic field on neurodegenerative diseases.

Nonlinear surrogate synthesis of the surface circular eddy current probes

Abstract: The mathematical methods of non-linear surrogate parametric synthesis of surface circular non-axial eddy current probes are proposed. Examples of synthesis in the formulation of objective functions as a quadratic criterion are considered. The results of the obtained solution in the form of level lines of eddy currents density distribution and values of absolute synthesis error for different excitation structures are given. In the testing zone, the value of the reduced synthesis error is calculated. Streszczenie. Zaproponowano matematyczne metody nieliniowej zastępczej parametrycznej syntezy kołowych powierzchniowych nieosiowych sond prądów wirowych. Rozważane są przykłady syntezy w formułowaniu funkcji celu jako kryterium kwadratowego. Podano wyniki otrzymanego rozwiązania w postaci linii poziomych rozkładu gęstości prądów wirowych i wartości bezwzględnego błędu syntezy dla różnych struktur wzbudzenia. W strefie testowej obliczana jest wartość zmniejszonego błędu syntezy. Nieliniowa zastępcza synteza kołowej powierzchniowej sondy wiroprądowego

New definition formulas for apparent power and active current of three-phase power system

Abstract: A new definition formula for apparent power of the three-phase system is justificated. It is the average geometric value of the currents power losses and short circuit power of the voltage source loaded by transmission line resistances. The Buchholz's apparent power formula follows from this definition as a special case if both zero sequence components of currents and voltages are nil. Under unbalanced voltage the meaning of apparent power in accordance with proposed formula may exceed Buchholz's one more than on 10%. The generalized definition formula for introduced by Professor Fryze concept of power system’s active current is grounded. It is part of the short-circuit current that is equal to ratio between load power and short-circuit power of the voltage source. In such way specified active current provides up to 15% power losses gain in the transmission line compared to the original Fryze’s definition in the presence of voltage zero-sequence component. Streszczenie. Opracowano nową formułę określającą pozorną moc układu trójfazowego. Jest to średnia wartość geometryczna strat prądu i mocy zwarciowej źródła napięcia obciążonego rezystancją kabla. Wzór na pozorną moc Buchholza wynika z tej definicji jako szczególnego przypadku, gdy oba składniki zerowej sekwencji prądów i napięć są zerowe. Przy niezrównoważonym napięciu pozorna wartość mocy zgodnie z proponowaną formułą może przekroczyć wartość formuły Buchholza o więcej niż 10%. Przedstawiono uogólnioną formułę determinującą koncepcję prądu czynnego systemu elektroenergetycznego wprowadzoną przez Profesora Fryzego. Jest to część prądu zwarciowego, równa stosunkowi mocy obciążenia i mocy zwarciowej źródła napięcia. W ten sposób określony prąd czynny zapewnia do 15% wzrost strat mocy w linii transmisyjnej w porównaniu z pierwotną definicją Fryze'a w obecności składowej zerowej napięcia. Nowa definicja mocy pozornej i prądu czynnego w układzie trójfazowym

On / Off – board chargers for electric vehicles

Abstract: The element of infrastructure that provides a connection between an electric vehicle (EV) and a depleted battery and electric source that will charge/discharge these batteries is the Electric Vehicle Service Equipment (EVSE). Recently, the interest of electric vehicles and their charging infrastructure has been the subject of extensive research and development in the world. The infrastructure for charging electric vehicles (EV) will be a key factor in ensuring a smooth transition from conventional mobility to e-mobility. The paper focuses the present charging standards and concept for future EV charging solution. The article touches the problem associated with bidirectional EV chargers which open the way for V2G technology and stationary or dynamic contactless inductive charging which open the way for automated driving EV technology. (Pokładowe i zewnętrzne ładowarki pojazdów elektrycznych). Słowa kluczowe: osprzęt elektryczny do obsługi pojazdów, ładowanie pojazdów elektrycznych, dwukierunkowe ładowarki EV, stacjonarne / dynamiczne bezstykowe ładowanie indukcyjne.

Using the FTA method to analyze the quality of an uninterruptible power supply unitreparation UPS

Abstract: The paper presents the simplest methods for preventing the occurrence of low energy quality. The problem of the quality of electric current was also discussed, indicating its defects. A scheme for a power failure tree was developed using the FTA method. The obtained results were compared and discussed. Streszczenie. W pracy przedstawiono najprostsze metody zapobiegania występowaniu niskiej jakości energii. Omówiono również problem jakości prądu elektrycznego, wskazując na jego wady. Opracowano schemat drzewa awarii zasilania korzystając z metody FTA. Uzyskane wyniki zostały porównane i omówione. (Zastosowanie metody FTA do analizy jakości zasilacza bezprzerwowego UPS).

Prediction of the parameters of magnetic field of CNC machine tools

Abstract: The problem of high-frequency electromagnetic field at the workplace is critical due to its effect on the operators of technological machines. For this reason, the exposure to electromagnetic fields at the workplace should be subject to regular monitoring. The paper presents the use of simple models for forecasting of magnetic fields components. This study investigates the high-frequency electromagnetic field emitted in CNC machine tools area (DMU 65 Mono Block). Experimental tests were conducted for CNC machine tool. The measurements of high-frequency magnetic field strength were performed in compliance with the method specified in the PN-T-06580-3: 2002 standard. Streszczenie. Problem pola elektromagnetycznego dla wysokich częstotliwości w miejscu pracy jest krytyczny w efektach dla jego operatora. Z tego powodu ekspozycja pola elektromagnetycznego w miejscu pracy powinna być regularnie monitorowana. Artykuł prezentuje użycie modelu prostego do prognozowania oddziaływania pola magnetycznego. Niniejsze badania rozpatrują pole elektromagnetyczne wysokich częstotliwości emitowane w obszarze obrabiarki sterowanej numerycznie (DMU 65 Mono Block).Przeprowadzono testy eksperymentalne dla obrabiarki CNC. Pomiary składowej magnetycznej przeprowadzono zgodnie z normą PN-T-06580-3: 2002. (Prognozowanie parametrów pola magnetycznego obrabiarek CNC)

Experimental research characteristics of counterbalance valve for hydraulic drive control system of mobile machine

Abstract: Experimental studies of counterbalance valve for the hydraulic drive control systems of mobile machines are presented. According to the results of theoretical research experimental prototype of the counterbalance valve is developed. Experimental stands are elaborated, where leak tightness degree was studied and static characteristics were obtained. Dependences of operating fluids supply on the parameters of the pressure difference at its basic spool and load pressure are plotted. Transient processes in the hydraulic drive control system are analyzed, adequacy of the theoretical calculations to the elaborated mathematical models for the control system of mobile machine hydraulic drive is proved. Streszczenie. Przedstawiono badania eksperymentalne zaworu równoważącego w układach sterowania napędem hydraulicznym maszyn mobilnych. Zgodnie z wynikami badań teoretycznych opracowano eksperymentalny prototyp zaworu równoważącego. Opracowano stanowiska eksperymentalne, na których badano stopień szczelności oraz uzyskano charakterystyki statyczne. Narysowano wpływ zasilania płynów eksploatacyjnych na różnicę ciśnień na szpuli podstawowej i ciśnienie obciążenia. Przeanalizowano procesy przejściowe w układzie sterowania napędem hydraulicznym, udowodniono zgodność obliczeń teoretycznych z opracowanymi modelami matematycznymi dla układu sterowania napędem hydraulicznym maszyny mobilnej. (Charakterystyki eksperymentalne zaworu równoważącego układu sterowania napędem hydraulicznym maszyny mobilnej).

The Application of Kernel Density Estimation for Aided the Process of Locating Sources of Voltage Fluctuations

Abstract: The paper presents the improvement of a multi-point method of identification of voltage fluctuation sources based on the analysis of voltage variability. The improvement consists in using the kernel density estimation for statistical analysis of voltage changes. At the beginning of the article the necessity of locating disturbing loads, resulting from the agreement between the power distributor and the power consumer, guaranteeing the power supply of the appropriate quality. The next part presents multi-point method using the analysis of voltage changes enabling aided of the location of disturbing loads. Problems were presented that could disturb the correct location process using this method. The results of simulation research are presented, showing the benefits of the proposed improvement of the multi-point method discussed. The possibility of automatic localization of voltage fluctuation sources and practical implementation of the method in measuring and recording instruments is discussed. Streszczenie. W artykule przedstawiono ulepszenie wielopunktowej metody identyfikacji źródeł wahań napięcia bazującej na analizie zmienności napięcia. Ulepszenie polega na wykorzystaniu estymatora gęstości jądra do analizy statystycznej. Na początku artykułu przedstawiono konieczność lokalizacji niespokojnych odbiorników, wynikającą m.in. z umowy między dystrybutorem a konsumentem, gwarantującą dostarczenie energii elektrycznej o odpowiedniej jakości. W kolejnej części przedstawiono możliwości wsparcia procesu lokalizacji wielopunktową metodą wykorzystującą analizę zmienności amplitudy wahań napięcia. Przedstawiono problemy, mogące zaburzać przeprowadzenie poprawnego procesu lokalizacji z wykorzystaniem tej metody. Przedstawiono rezultaty badań symulacyjnych, pokazujące korzyści zaproponowanego ulepszenia omówionej metody wielopunktowej. Omówiono możliwość automatycznej lokalizacji źródeł wahań napięcia oraz praktycznej implementacji metody w przyrządach pomiaroworejestrujących. (Zastosowanie estymatora jądrowego gęstości do wsparcia procesu lokalizacji źródeł wahań napięcia)

Mathematical modelling of transient processes in power systems considering effect of high-voltage circuit breakers

Abstract: A mathematical model of a power system supplied with high-voltage electricity is developed on the basis of variational approaches. A high-voltage circuit breaker, with its mechanical part treated as a complex disaxial cranking mechanism, is the key element of the model. The model serves the purposes of electric and mechanical analysis of transient processes in the integrated system. Results of computer simulation are presented as graphics. Streszczenie. W pracy niniejszej na podstawie podejść wariacyjnych opracowano model matematyczny układu elektrotechnicznego zasilania energią elektryczną wysokiego napięcia. Kluczowym elementem wymienionego modelu jest wyłącznik wysokiego napięcia, którego część mechaniczną rozpatruje się, jako skomplikowany mimoosiowy korbowodowy mechanizm. Za pomocą stworzonego modelu dokonuje się analizy elektromechanicznych procesów nieustalonych w scalonym układzie. Przedstawiono wyniki symulacji komputerowej w postaci rysunków. (Modelowanie matematyczne procesów nieustalonych w układach energetycznych z uwzględnieniem wpływu wyłączników wysokiego napięcia)

PI-controller tuning optimization via PSO-based technique

Abstract: The technique of PI-controller tuning, which is based on a modification of the particle swarm optimization method, has been developed in the article. In order to take into account the most important quality indicators of plant controlling the complex criterion was developed. PI-controller tuning procedure has been reduced to the problem of criterion minimization. In the article, five benchmark transfer functions were used to estimate the technique. Comparative analysis with other well-known tuning techniques revealed the superiority of the proposed approach. Streszczenie. W artykule przedtawiono metodę optymalizacji sterownika PI wykorzystującą algorytm rojowy. W artykule przedstawiono pięć rezultatów testów oraz porównanie tej metody z innymi powszechnie stosowanymi. Optymalizacja sterownika PI bazująca na algorytmach PSO.

Application of the ACO algorithm for UAV path planning

Abstract: The ACO (Ant Colony Optimization) algorithm is a bio-inspired metaheuristic used to optimize problems or functions described by graphs, sequences of events, or queues of tasks. It is used, among a variety of other purposes, when routing Internet network packets, determining the shortest routes between designated points (traveling salesman's problem), for the time and cost optimization of production, or setting public transport stops. In the article, the ACO algorithm was used to autonomously construct the optimal route for an unmanned aerial vehicle (UAV). The algorithm establishes the spatial orientation of the UAV, indicating the direction of its transition for each intermediate waypoint. The results of the simulations show the trajectory of the UAV depending on the selected weighting factors, determining the priority of avoiding detected hazards or choosing the shortest path. The quality of each variant is evaluated numerically by the calculated fitness function, the value of which is the sum of the costs of the transition to each intermediate route point. The effect of the algorithm is a set of executable trajectory variants, of which the one with the best fitness value is selected. Streszczenie. Algorytm ACO (ang. Ant Colony Optimization) jest bio-inspirowaną metaheurystyką, wykorzystywaną do optymalizacji problemów lub funkcji opisywanych za pomocą grafów, sekwencji zdarzeń, czy też kolejki zadań. Znajduje on zastosowanie m.in. przy trasowaniu pakietów sieci internetowych, wyznaczaniu najkrótszych tras między wyznaczonymi punktami (problem komiwojażera), optymalizacji czasu i kosztu produkcji, czy też ustalaniu przystanków transportu publicznego. W artykule, algorytm ACO został wykorzystany do autonomicznego wyznaczenia optymalnej trasy dla bezpilotowego statku powietrznego (BSP). Algorytm ustala orientację przestrzenną BSP, determinującą kierunek jego przemieszczenia dla każdego pośredniego punktu docelowego. Wyniki przeprowadzonych symulacji przedstawiają trajektorię BSP w zależności od dobranych współczynników wagowych, określających priorytet ominięcia wykrytych zagrożeń lub wybrania najkrótszej drogi. Jakość każdego wariantu jest określana liczbowo poprzez ustaloną funkcję dopasowania, której wartość stanowi suma kosztów przejścia do każdego pośredniego punktu trasy. Efektem działania algorytmu jest zbiór wykonywalnych wariantów trajektorii, z których wybrany zostaje ten o najlepszej wartości dopasowania [Zastosowaniealgorytmu ACO do wyznaczania trasy BSP]

Use of the D-decomposition technique for gains selection of the Dual Active Bridge converter output voltage regulator

Abstract: This article presents the Neimark’s D-decomposition method for a PI compensator gains selection. The method has been used for the Dual Active Bridge converter output voltage regulator gains selection. The selection was basing on an experimentally identified transfer function. The obtained results were subjects to experimental verification. Elaborated mathematical and simulation models were also confirmed experimentally. Streszczenie. Niniejszy artykuł prezentuję zastosowanie metody D-rozbicia Neimarka podczas wyznaczania wartości wzmocnień regulatora PI. Metoda D-rozbicia została wykorzystana do wyznaczenia wzmocnień regulatora napięcia wyjściowego konwertera typu DAB w oparciu o jego eksperymentalnie zidentyfikowaną transmitancję. Uzyskane wyniki poddano weryfikacji eksperymentalnej. Zbudowany model matematyczny oraz symulacyjny zostały również potwierdzone na stanowisku eksperymentalnym.(Zastosowanie metody D-rozbicia do wyznaczenia wzmocnień regulatora napięcia wyjściowego konwertera z podwójnym mostkiem aktywnym)

Power Loss Minimization by Voltage Transformer Turns Ratio Selection based on Particle Swarm Optimization

Abstract: The research considers the optimization of the taps position of voltage transformers to minimize power loss. The Particle Swarm Optimization algorithm is implemented to this optimization problem. The advantage of this algorithm is the ability to adapt to an optimization problem. It was found out that the Particle Swarm Optimization algorithm is more productive than the greedy heuristic algorithm based on the division of this optimization problem into subtasks. Also, the paper studied the influence of particle velocity restriction on the efficiency of the algorithm. Streszczenie. W pracy analizowano metode optymalizacji strat transformatora przez dobór stosunku uzwojeń. Do tego celu wykorzystano algorytm genetyczny PSO. Porównano prace układu z innymi algorytmami adaptacyjnymi. Minimalizacja strat mocy w transformatorze przez dobór stosunku zwojów z wykorzystaniem algorytmu PSO

The diagnostics of the emergency modes of the variablefrequency electric drive of the pumping complex

Abstract: The paper deals with the demonstration of the fact that the emergency modes that occur in the pipeline networks are accompanied by wave processes resulting in the variation of all parameters of the hydrosystem. We worked out the mathematical model of the automatic control system with the function of the pressure stabilization at the consumer. We obtained the curves representing the alteration of the dynamic processes in the pumping complex during emergency modes occurrence. We formulated the diagnostic signs and proposed the algorithm of the determination of the emergency modes. Streszczenie. W artykule wskazano na fakt, iż tryby awaryjne występujące w sieci rurociągowej związane są z procesami falowymi wynikłym ze zmiany wszystkich parametrów hydrosystemu. Opracowany został model matematyczny systemu sterowania automatycznego z funkcją stabilizacji ciśnienia u odbiorcy. Otrzymano krzywe, reprezentujące zmienność procesów dynamicznych w układzie pompowania podczas wystąpienia trybów awaryjnych. Sformułowane zostały oznaczenia diagnostyczne oraz opracowano algorytm określający tryby awaryjne. (Diagnostyka trybu awaryjnego zmienno-częstotliwościowego napędu elektrycznego w układzie pompowania)