PROGRAM XVI KONFERENCJI NAUKOWEJ
Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym "SENE 2023"

CZWARTEK 23 listopada

Sesja   A1 (czwartek 11:30-13:30)

Applications of mathematical nonlinear control theory

• [art. 24]: Wiktor Malesza    

  O linearyzcji obiektów sterowania z ograniczonymi sygnałami wejściowymi

  On feedback linearization of input constrained systems

  Główną ideą i celem tego artykułu jest zwrócenie uwagi na pewien praktyczny aspekt zastosowania metody linearyzacji poprzez sprzężenie zwrotne typu wejście-wyjście do obiektów o określonych ograniczeniach sygnałów wejściowych. Wykazano, że bezrefleksyjne zastosowanie linearyzacji poprzez sprzężenie zwrotne do układów z ograniczeniami, zwłaszcza układów dodatnich, może wpłynąć na efektywność i skuteczność całej strategii sterowania. W artykule przedstawiono warunki do sprawdzenia, kiedy obiekt dynamiczny z ograniczeniem wejściowym do nieujemnych sygnałów sterujących może być poprawnie zlinearyzowany ze sprzężeniem zwrotnym wejście-wyjście. Omawiane zagadnienia zilustrowane są odpowiednimi przykładami.

  The main idea and purpose of this paper is to draw attention to some practical aspect of applying the method of input-output feedback linearization to objects with specific input constraints. It has been shown that an unreflective application of linearization by feedback to systems with constraints, especially positive systems, may affect the efficiency and effectiveness of the entire control strategy. The paper provides conditions to verify when a dynamic object with an input constraint to nonnegative control signals can be correctly input-output feedback linearized. The issues discussed are illustrated with appropriate examples.

• [art. 13]: Souhir Messaoudi, Florentina Nicolau, Malek Ghanes, Lassaad Sbita, Jean-Pierre Barbot    

  Flatness-Based Control Strategy for Two Boost Choppers and One Buck-Boost Chopper Connected in Parallel

  Flatness-Based Control Strategy for Two Boost Choppers and One Buck-Boost Chopper Connected in Parallel

  This paper presents a control strategy based on a differential flatness approach for two boost choppers and one bidirectional buck-boost chopper connected in parallel, the goal being to stabilize the DC bus voltage at a constant level as well as to ensure a permanent availability of power distribution. Since the bidirectional buck-boost chopper can operate either in boost mode or in buck mode, the overall system is a switched system. The hybrid dynamical behavior is not due to the chopper switching frequency (since we consider the averaged model of each chopper), but to the transition from buck to boost mode and vice-versa of the bidirectional buck-boost chopper. We first give an in- epth study of the flatness property of each configuration of the switched system (the boost configuration, when the bidirectional buck-boost chopper operates in boost mode, resp., the buck configuration, when the bidirectional buck-boost chopper operates in buck mode) and demonstrate that both configurations are flat and moreover, that they admit the same flat output (which is independent of the discrete variable defining the switching). Finally, we establish a relation between the proposed flat output and the regulation of the DC bus voltage via an additional power load control loop. To demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy, we present several simulation results.

• [art. 46]: Marcin Nowicki, Witold Respondek    

  Systemy mechaniczne linearyzowalne przez sprzężenienie zwrotne z jednym złączem obrotowym

  Feedback linearizable mechanical systems with rotational DOFs

  Omawiamy globalność i lokalność linearyzacji przez mechaniczne sprzężenie zwrotne mechanicznych układów sterowania z 2 stopniami swobody, w tym co najmniej jednym złączem obrotowym i pojedynczym sterowaniem. Scharakteryzujemy osobliwości linearyzacji i zaproponujemy układ sterowania, który umożliwi sterowanie poprzez osobliwości. Nasze wyniki zilustrujemy za pomocą modelu systemu TORA i wahadła z kołem bezwładnościowym i symulacji, w której pokazujemy śledzenie trajektorii, zaczynając od pozycji wahadła u dołu, a kończąc na pozycji pionowej odwróconej, co wymaga przejścia przez osobliwość.

  We disscuss global and local mechanical feedback linearization of mechanical control systems with 2 degrees of freedom and a single control, including at least one rotational joint. We characterize singularieties of linearization and propose a control scheme that enables to steer the system through singularieties. We exemplify our result on the TORA system and the Inertia Wheel Pendulum for which we construct trajectories tracking simulation starting from the downright position of a pendulum and ending at the upright postition, thus necessarilly crossing the singularity.

• [art. 33]: Marcin Jastrzębski, Jacek Kabziński, Przemysław Mosiołek    

  Proste, odporne sterowanie położeniem serwonapędu

  Simple, robust servo position control

  W pracy pokazano prosty regulator położenia serwonapędu, wykorzystujący tylko wiedzę o strukturze nieliniowego modelu i ograniczeniach spełnianych przez poszczególne składniki. Pożądany przebieg położenia i prędkości jest uzyskany poprzez narzucenie zmiennego w czasie ograniczenia na sygnał agregujący informację o błędzie śledzenia położenia i prędkości. Metoda pozwala na wyznaczenie maksymalnego sterowania (prądu serwonapędu) koniecznego do zrealizowania celu sterowania przy istniejących warunkach początkowych i przy wybranej trajektorii zadanej. Sterowanie jest ograniczone i polega na właściwej reakcji w przypadku, gdy trajektoria zbliża się do bariery, której kształt odpowiada za narzucone właściwości przebiegu przejściowego i quasi-ustalonego w napędzie.

  The paper presents a simple servo drive position controller, using only the knowledge about the structure of the non-linear model and the constraints fulfilled by its particular components. The desired position and velocity transient is obtained by imposing a time-varying constraint on the signal aggregating the position and velocity tracking error information. The method allows to determine the maximum control (servo drive current) necessary to achieve the control aim starting from the existing initial conditions and with the selected reference trajectory. The control is constrained and consists in the proper reaction when the trajectory approaches the barrier, the shape of which is responsible for the imposed properties of the transient and quasi-steady state in the drive.

• [art. 17]: Filip Szewczyk, Piotr Chudzik    

  Metoda Ponownego Rozruchu Obracającego się Silnika Indukcyjnego z Wykorzystaniem Sterowania Ślizgowego z Ruchomą Krzywą Przełączeń

  Reaching Law Sliding Mode Control Restart Strategy for Rotating Induction Machine

  W tej pracy przedstawiona została metoda szybkiego restartu obracającego się silnika indukcyjnego po utracie zasilania. Zaprojektowano algorytm sterowania ślizgowego z ruchoma˛ krzywą przełączeń, by zapewnić odporność na zmiany parametrów podczas całego procesu sterowania. Pokazano sposób wyznaczania optymalnych parametrów pozwalających na osiągnięcie najkrótszego możliwego czasu sterowania po uwzględnieniu limitów napięcia. Prezentowana strategia została zweryfikowana z użyciem przykładu symulacyjnego, który potwierdza jej odporność na odchylenia wartości parametrów.

  In this paper, an induction motor control strategy is considered with special aim to provide a method of fast restart of a rotating machine after a power loss. A sliding mode control with reaching law is derived in order to ensure the robustness to parameters’ changes during the whole control process. It is shown, how to find the optimal parameters for the control law in order to obtain the shortest possible regulation time taking into account the control voltage limitations. The presented strategy is verified with use of a simulation example and its robustness is proven.

Sesja   B1 (czwartek 11:30-13:30)

Układy napędowe 1

• [art. 27]: Paweł Czopek, Jakub Bernat    

  Osiowo Symetryczny Siłownik MRE ze sterowaniem PIR

  The Axisymmetric MRE Actuator in PIR control system

  Ta publikacja prezentuje wyniki systemu sterowania siłownika wykonanego z elastometru magnetoreologicznego. Urządzenie jest skonstruowane w sposób symetryczny i zawiera magnes trwały. Celem pracy jest zbadanie zachowania inteligentnego materiału w systemie sterowania. Obiekt jest sterowany w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, w którym sygnałem zwrotnym jest pozycja membrany. Wykorzystany jest sterownik proporcjonalno-całkująco-rezonansowy i jest porównywany z sterownikiem klasycznym – proporcjonalno-całkująco-różniczkującym. W tej pracy analizowany jest system w symulacji i w eksperymentach. Wyniki porównawcze przedstawione są w postaci wskaźników całkowych dla zadania śledzenia trajektorii. (Osiowo Symetryczny Siłownik MRE z sterowaniem PIR).

  This paper presents the results of a control system with a magnetorheological elastomers actuator. The device is configured axisymmetrical and it includes a permanent magnet. The idea of this work is to research the behaviour of intelligent material in the control system. The plant is controlled in a closed loop, where the feedback signal is the position of the membrane. We use proportional–integral-resonant controller and compare this algorithm with classical control algorithm - proportional–integral–derivative controller. This paper analyses the considered system by simulations and experiments. We present performance indexes of analyzed control algorithms in trajectory following a task.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 1]: Michał Adamczyk, Teresa Orłowska-Kowalska    

  Adaptacyjny detektor różnych typów uszkodzeń czujników prądu w sterowanym wektorowo układzie napędowym z silnikiem indukcyjnym

  Adaptive detector of various types of current sensors faults in vector-controlled induction motor drive

  Istotnym problemem detektorów uszkodzeń czujników prądu (CP) silnika indukcyjnego opartych na modelach matematycznych jest ustalenie progowej wartości, powyżej której różnica między prądem mierzonym oraz estymowanym będzie interpretowana przez detektor jako uszkodzenie. W artykule przedstawiono nowy detektor uszkodzeń CP z adaptacyjną wartością współczynnika progowego. Badania eksperymentalne wykazały wysoką skuteczność proponowanej metody.

  An important issue of current sensor (CP) fault detectors of the induction motor based on mathematical models is to determine the threshold value above which the difference between the measured current and the estimated current will be interpreted by the detector as a fault. The article presents a novel CS fault detector with an adaptive threshold coefficient value. Experimental studies have demonstrated the high effectiveness of the proposed method.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 23]: Krystian Teler, Teresa Orłowska-Kowalska    

  Neuronowy klasyfikator uszkodzeń czujników prądu w napędzie z silnikiem PMSM

  Neural classifier of current sensor faults in PMSM drive

  W artykule został opisany sposób klasyfikacji rodzajów uszkodzeń czujników prądu stojana w polowo-zorientowanej strukturze sterowania (FOC) napędem o magnesach trwałych (PMSM). Przedstawiono autorski sposób ekstrakcji symptomów z sygnału prądu, co pozwoliło na zastosowanie niewielkiej architektury sieci typu perceptron wielowarstwowy (MLP) w roli klasyfikatora. Weryfikację proponowanego rozwiązania przeprowadzono symulacyjnie w środowisku MATLAB/Simulink.

  This paper describes how to classify the types of stator current sensor faults in a field-oriented control structure (FOC) of a permanent magnet synchronous machine (PMSM). The author's method of extracting symptoms from the current signal is presented, allowing the use of a small multilayer perceptron (MLP) network architecture as a classifier. Verification of the proposed solution was carried out by simulation in the MATLAB/Simulink environment.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 51]: Przemysław Pietrzak, Marcin Wolkiewicz    

  Zastosowanie ciągłej transformaty falkowej oraz konwolucyjnych sieci neuronowych w diagnostyce uszkodzeń uzwojeń stojana silnika synchronicznego o magnesach trwałych

  Application of continuous wavelet transform and convolutional neural networks for fault diagnosis of PMSM stator windings

  W artykule przedstawiono hybrydową metodę diagnostyki uszkodzeń uzwojeń stojana silników synchronicznych o magnesach trwałych. Opracowana metoda łączy zastosowanie ciągłej transformaty falkowej do ekstrakcji symptomów uszkodzeń oraz konwolucyjnej sieci neuronowej do automatyzacji procesu wnioskowania o stanie uzwojenia. Badania eksperymentalne potwierdziły wysoką skuteczność opracowanej metody.

  This paper presents a hybrid method for diagnosing stator winding faults of permanent magnet synchronous motors. The developed method combines the use of a continuous wavelet transform to extract the fault symptoms and a convolutional neural network to automate the process of inferring the condition of the winding. Experimental tests confirmed the high effectiveness of the developed method.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 22]: Sebastian Giziewski, Marek Adamowicz    

  Napęd z silnikiem indukcyjnym i 4-gałęziowym falownikiem SiC do turbosprężarek powietrza ogniw paliwowych dużej mocy

  SiC-based high-speed drive with induction motor for high power fuel cell air turbochargers

  Wysoka cena ogniw paliwowych utrudnia ich szerokie zastosowanie w transporcie i przemyśle. Należy szukać możliwości obniżenia ich kosztu również poprzez obniżenie kosztu i zwiększenie wydajności urządzeń pomocniczych ogniwa paliwowego (Balance of the Plant). Autorzy proponują aby w napędzie sprężarki powietrza, zastosować wysokoobrotowy silnik indukcyjny, który jest tańszy od stosowanych obecnie silników PMSM. W referacie zaproponowano napęd z czterogałęziowym falownikiem SiC i wysokoobrotowym silnikiem indukcyjnym o mocy 6,3 kW, prędkości obrotowej 79 800 obr/min i częstotliwości zasilania 2667 Hz, który może być zastosowany do turbosprężarki powietrza ogniwa paliwowego o mocy 100 kW.

  The high cost of fuel cells hinders their broad application in transportation and industry. Efforts should be made to find possibilities for reducing their cost, including through the reduction of auxiliary component costs and increasing their efficiency (Balance of the Plant). The authors propose using a high-speed induction motor in the air compressor drive, which is cheaper than the currently used PMSM motors. The paper proposes a high speed drive system utilizing the SiC inverter and the 6,3 kW high-speed induction motor with a rated rotational speed of 79 800 rpm and a frequency of 2667 Hz. This system can be applied to the air turbocharger of a 100 kW fuel cell.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 45]: Albert Sawiński, Piotr Chudzik, Karol Tatar    

  Synteza i badania algorytmów sterowania ślizgowego modelu drona czterowirnikowego

  Synthesis and research of the quadrotor sliding mode control algorithms

  Artykuł zawiera przykład realizacji symulacyjnej algorytmów sterowania ślizgowego dla przypadku problemu regulacji położeń kątowych drona czterowirnikowego. Zaproponowany został model matematyczny drona, który następnie zaimplementowano w środowisku symulacyjnym. Przedstawiono sposób projektowania regulatorów ślizgowych korzystając z metody Lapunowa celem przeprowadzenia dowodu stabilności układu. Artykuł zakończony został analizą porównawczą wyników symulacyjnych układów regulacji klasycznych z regulatorami opartymi o sterowanie ślizgowe.

  The article contains an example of a simulation implementation of sliding mode control algorithms for the problem of adjusting the angular position of a quadrotor. A mathematical model of the drone was proposed, which was then implemented in a simulation environment. The method of designing sliding mode controllers using the Lyapunov method in order to prove stability was presented. The article ends with a comparative analysis of simulation test results of classical control systems and controllers based on silding mode control.

Sesja   C1 (czwartek 11:30-13:30)

Analiza i optymalizacja układów energoelektroniki 1

• [art. 31]: Sebastian Bąba, Grzegorz Palesa, Jarosław Wiśniewski, Filip Mańka    

  Praktyczne wykorzystanie metod pomiaru temperatury złącza tranzystora SiC MOSFET w oparciu o parametry elektryczne

  Considerations on SiC MOSFET TSEP-based junction temperature measurement routines in practical use

  Pomimo omawiania tematu pomiaru temperatury złącza tranzystorów SiC MOSFET w oparciu o ich parametry elektryczne w wielu artykułach, pomiar ten dalej nastręcza wielu trudności - w szczególności przy wykorzystaniu w rzeczywistych przekształtnikach energoelektronicznych. Wyzwania, które z reguły są pomijane w artykułach badawczych dotyczą wykonywalności, powtarzalności i dokładności pomiaru, w szczególności przy porównaniu do innych dobrze znanych metod pomiaru. Aby wypełnić tę lukę, porównano różne sposoby estymacji temperatury złącza w oparciu o pomiar rezystancji kanału tranzystora SiC MOSFET.

  Despite being discussed in multiple papers, practical implementation of TSEP-based junction temperature measurement method for SiC MOSFETs causes significant challenges, especially when used in real-life power converters. Challenges which are not usually considered in conference nor journal pares are related to applicability, repeatability and accuracy, especially in comparison to other well-established techniques. To fill this gap in the state of the art, various test routines for junction temperature estimation based on SiC MOSFET on-state channel resistance measurement were compared.

• [art. 26]: Marcel Mikołajczyk, Paweł Jonak, Jakub Łukowiak, Adam Krupa, Kamil Kierepka, Marek Skorupski, Marcin Żelechowski    

  Optymalizacja geometrii ceramicznego radiatora dla obudowy TO-247 SiC w przekształtniku HV z wykorzystaniem analizy CFD

  Optimization of ceramic heat sink geometry for TO-247 SiC package in HV converter using CFD analysis

  Radiatory pełnią kluczową rolę w energoelektronice, zapewniając pasywne lub aktywne odprowadzanie ciepła, powstającego podczas pracy elementów elektronicznych dużej mocy. Ma to kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajności i trwałości elementów elektronicznych, stabilnej pracy i niezawodności systemu. W artykule przedstawiono właściwości radiatorów ceramicznych oraz powody ich stosowania w modułach wysokonapięciowych. Następnie przeprowadzany jest eksperyment oraz analiza obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) w celu zbadania wpływu zmiany geometrii radiatora na wydajność cieplną półprzewodnika w obudowie TO-247 SiC.

  Heat sinks play a pivotal role in power electronics by providing passive or active dissipation of heat generated during operation of high-power electronic components. This is crucial to assure performance and longevity of electronic components, stable operation and system reliability. In the article, the properties of ceramic heat sinks and the reasons for their use in high voltage modules are presented. Thereafter, an experiment and computational fluid dynamic (CFD) analysis is performed in order to investigate the influence of heat sink geometry on thermal performance of the semiconductor in the TO-247 SiC package.

• [art. 49]: Krzysztof Górecki, Paweł Górecki    

  Wpływ relacji między okresem aktywnych cykli termicznych a termicznymi stałymi czasowymi na czas pracy tranzystorów mocy do uszkodzenia

  Influence of the dependence between the period of active thermal cycles and thermal time constants on the time to failure of power transistors

  W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i symulacyjnych ilustrujących wpływ okresu przebiegu mocy traconej w tranzystorze mocy na czas jego pracy do uszkodzenia. Przeanalizowano związek tego czasu z relacją między okresem przebiegu mocy a termicznymi stałymi czasowymi badanego tranzystora. Testy przeprowadzono dla tranzystorów mocy MOS zamocowanych na wymienniku ciepła systemu chłodzenia cieczowego przy ustalonej temperaturze płynu chłodzącego. Przedyskutowano uzyskane wyniki badań.

  The paper presents the results of experimental and simulation studies illustrating the influence of the period of the waveform of the power dissipated in a power transistor on its life time. The relationship between this time and the relationship between the period of the power waveform and the thermal time constants of the tested transistor is analyzed. Tests are carried out with power MOSFETs mounted on a heat exchanger of a liquid cooling system at a fixed temperature of the cooling liquid. The obtained results are discussed.

• [art. 11]: Krzysztof Nowaszewski, Krzysztof Kulikowski, Andrzej Sikorski, Mateusz Wasilewski, Adam Kuźma, Krzysztof Dmitruk, Hubert Jakubowski    

  Emisja przewodzona na porcie wejściowym naziemnej jednostki zasilającej statki powietrzne w standardzie 28 V DC oraz 270 V DC

  Conducted emission at the input port of the ground power supply unit for 28 V DC and 270 V DC aircrafts

  W artykule przedstawiono badania konstruktorskie emisji przewodzonej zasilacza statków powietrznych zbudowanego z przekształtników energoelektronicznych AC/DC oraz DC/AC/DC z separacją transformatorową. Badana wersja zasilacza może być zasilana z dwóch standardów napięcia 400 V / 50 Hz albo 480 V / 60 Hz. Zasilacz na wyjściu wytwarza separowane napięcie 28 V DC oraz 270 V DC. Badania emisji przewodzonej wykonano na porcie zasilającym dla napięcia 400 V / 50 Hz w oparciu o procedurę CE102 normy MIL-STD-461G.

  The article presents conducted emission tests of an aircraft power supply unit built of AC/DC and DC/AC/DC power converters with transformer separation. The tested version of the power supply can be powered from two voltage standards: 400 V / 50 Hz or 480 V / 60 Hz. The power supply generates at the output a separated voltage of 28 V DC and 270 V DC. Conducted emission tests were performed on the power supply port for the voltage of 400 V / 50 Hz based on the CE102 procedure of the MIL-STD-461G standard.

• [art. 29]: Zbigniew Krzemiński, Marek Adamowicz    

  Porównanie działania transformatora symetryzującego (zygzak) z aktywnym energoelektronicznym symetryzatorem prądów fazowych linii niskiego napięcia

  Comparison of the operation of a zigzag transformer with the active power electronic phase balancer in the LV line

  Na potrzeby planowania sieci niskiego napięcia operatorzy systemów dystrybucyjnych (OSD) zakładają symetryczne warunki obciążenia linii. Z roku na rok, rośnie liczba rozproszonych systemów fotowoltaicznych (PV) zainstalowanych w sieciach niskiego napięcia, których większość to małe jednofazowe systemy dachowe. Dodatkowo, do niesymetrii obciążenia przyczyniają się instalowane masowo pompy ciepła i ładowane jednofazowo samochody elektryczne. Ze wzrostem liczby odbiorów jednofazowych i jednofazowej generacji rozproszonej rosną problemy OSD z zapewnieniem jakości napięcia. Symetryzacja obciążeń jest możliwa z wykorzystaniem dedykowanych urządzeń: transformatorów symetryzujących (zygzak) oraz aktywnych urządzeń energoelektronicznych. W artykule porównano działanie transformatora o uzwojeniach połączonych w zygzak oraz aktywnego symetryzatora energoelektronicznego dla różnych przypadków asymetrii obciążenia w linii nN.

  For the purpose of low-voltage network planning, distribution system operators (DSOs) assume symmetrical load conditions on the lines. Year by year, the number of distributed photovoltaic (PV) systems installed in low-voltage networks is increasing, with the majority being small single-phase rooftop systems. Additionally, the mass installation of heat pumps and single-phase electric vehicles contributes to load asymmetry. As the number of single-phase consumers and single-phase distributed generation sources grows, DSOs face challenges in ensuring voltage quality. Load balancing can be achieved using dedicated devices: zigzag transformers and active power electronic devices. This article compares the performance of a zigzag transformer and an active power electronic phases balancer for various cases of load asymmetry on the low-voltage network.

• [kom. 7]: Robert Smoleński    

  Nowe przypadki braku kompatybilności elektromagnetycznej w sieciach nN o znacznym udziale generacji prosumenckiej

  New cases of electromagnetic compatibility issues in LV grid with a significant share of prosumer generation

  W komunikacie zostaną zaprezentowane nowe zjawiska związane z kompatybilnością elektromagnetyczną interfejsów energoelektronicznych instalacji fotowoltaicznych w sieci niskich napięć. Zagadnienia będą dotyczyły zjawisk elektromagnetycznych o częstotliwości sieciowej. Przedstawione zostaną wyniki pomiarowe z systemu inteligentnego pomiaru OrigAMI Enea Operator, zawierającego ponad 200.000 liczników inteligentnych.

  In the communication, new phenomena related to the electromagnetic compatibility of power electronic converters interfacing photovoltaic installations in low-voltage grid will be presented. The issues will concern electromagnetic phenomena at grig frequency. Measurement results from the OrigAMI Enea Operator Advanced Metering Infrastructure (AMI) consisting over 200.000 smart meters will be presented.

Sesja   A2 (czwartek 15:00-16:40)

Innowacyjne metody i narzędzia w kształceniu

• [art. 38]: Jacek Kabziński    

  Publikacje z zakresu automatyki napędu jako opis przypadku na egzaminie kompetencyjnym dla studentów wydziału elektrycznego

  Publications in the field of drive automation as a case study used for the competency exam for students of control and electrical engineering at the university of technology

  Przedstawiono tu założenia i proces przygotowania nowego egzaminu weryfikującego osiągniecie końcowych, zagregowanych efektów uczenia się wprowadzonego ostatnio na Politechnice Łódzkiej. Egzamin dotyczy studiów magisterskich na kierunku Automatyka i Sterowanie Robotów, ale poruszane problemy są wspólne dla wszystkich kierunków pokrewnych realizowanych na wydziałach elektrycznych politechnik. Omówiono wady i zalety egzaminu, oraz uzasadniono tezę, że to właśnie problemy badawcze z obszaru automatyki napędu elektrycznego są doskonałą kanwą dla konstrukcji opisu przypadku wykorzystanego do egzaminu tego typu.

  The assumptions and the process of preparing a new exam verifying the achievement of the final, aggregated learning outcomes recently introduced at the Lodz University of Technology are presented here. The exam concerns master's studies in the field of Automation and Robot Control, but the problems discussed are common to all related fields of study carried out at the faculties of electrical engineering. The advantages and disadvantages of the exam were discussed, and the thesis was justified that it is the research problems in the field of electric drive automation that are the perfect basis for the construction of a case study used for this type of exam.

• [kom. 4]: Bartłomiej Ufnalski    

  Inżynier automatyk – profesjonalny hobbysta

  Control engineer – a professional hobbyist

  Rzecz o budowaniu domowych hobbystycznych laboratoriów automatyki, elektroniki i elektrotechniki jako jednego z komponentów procesu kształcenia przyszłych profesjonalnych inżynierów.

  On building hobbyist workshops at home as one of the teaching tools to train future professional engineers.

• [art. 41]: Krzysztof Przybyła, Krystian Frania, Marcin Kasprzak, Mariusz Stępień    

  Stanowiska do zajęć laboratoryjnych z energoelektroniki - przykład falownika rezonansowego

  Laboratory setups for power electronics classes – resonant inverter example

  Artykuł opisuje zestaw stanowisk dydaktycznych do zajęć laboratoryjnych z energoelektroniki, przygotowanych w ramach projektu RELABEMA prowadzonego na Politechnice Śląskiej. Stanowiska umożliwiają zarówno prowadzenie zajęć w sposób stacjonarny jak i zdalny poprzez odpowiednie narzędzia informatyczne. W artykule w sposób szczegółowy opisane jest jedno ze stanowisk: falownik rezonansowy. Można na nim wyznaczać charakterystyki sterowania metodami: FM, PWM, IPDM oraz badać widmo harmonicznych przebiegów prądu i napięcia.

  The paper concerns the set of laboratory setups for power electronics classes, that was developed during RELABEMA project in Silesian University of Technology. The laboratory setups allow to conduct classes stationary and remotely by using proper IT tools. One of the setups is described in detail: the resonant inverter. Control characteristics of the following methods can be measured FM, PWM, IPDM, in addition voltage and current spectrum can be analyzed.

• [art. 42]: Mariusz Zdanowski, Piotr Grzejszczak    

  Stanowiska dydaktyczne w laboratorium energoelektroniki ISEP/ZEP PW – opracowanie i implementacja w procesie dydaktycznym

  Didactic workstations in the ISEP/ZEP WUT power electronics laboratory - development and implementation in the didactic process

  Artykuł przedstawia wybrane zagadnienia dotyczące opracowania od podstaw i implementacji nowych stanowisk dydaktycznych w laboratorium energoelektroniki w Instytucie Sterowania i Elektroniki Przemysłowej Politechniki Warszawskiej. Opisano istotne z punku widzenia prowadzonej dydaktyki topologie przekształtników energoelektronicznych z rodziny układów prostownikowych, bezpośrednich przekształtników DC/DC, falowników oraz testerów podzespołów energoelektronicznych. Artykuł ilustrują kluczowe wyniki prac laboratoryjnych prezentujące zarówno pracę w warunkach znamionowych jak i podczas wybranych stanów awaryjnych.

  The paper presents selected issues concerning the development from scratch and the implementation of new teaching positions in the power electronics laboratory at the Institute of Control and Industrial Electronics of the Warsaw University of Technology. The topologies of power electronic converters from the family of rectifiers, direct DC/DC converters, inverters and testers of power electronic components, which are important from the point of view of the conducted didactics, have been described. The article illustrates the key results of laboratory work presenting both operation in nominal conditions and during selected emergency states.

• [art. 32]: Mariusz Stępień, Paweł Lasek, Dawid Mańka, Patryk Tylutki    

  Projekty PBL jako przykład nowoczesnego kształcenia zindywidualizowanego w obszarze energoelektroniki

  PBL Activities as an example of modern individual education in area of power electronics

  W artykule przedstawiono metody nowoczesnych form kształcenia zapewniających indywidualne podejście do wymagań studenta na przykładzie kształcenia „Project/Problem Based Learning” realizowanego w Politechnice Śląskiej w ramach Inicjatywy Doskonałości Uczelnia Badawcza. W artykule opisano trzy przykładowe projekty zrealizowane w ostatnim czasie, związane z zagadnieniami energoelektroniki, napędu elektrycznego i robotyki.

  Modern educational methods ensuring individualized approach for student’s expectations, based on Project/Problem based Learning realized recently at the Silesian University of Technology under Initiative of Excellence – Research University are described in the paper. Three examples of recently realized projects, focused on area of power electronics, electrical drives are presented.

Sesja   B2 (czwartek 15:00-16:40)

Układy i elementy energoelektroniki

• [kom. 1]: Piotr Tetlak, Robert Smoleński, Piotr Leżyński    

  Designing energy-efficient bistable relays with linear characteristics using the finite element method

  Designing energy-efficient bistable relays with linear characteristics using the finite element method

  Projektowanie energooszczędnych przekaźników bistabilnych o liniowej charakterystyce wykorzystując metodę elementów skończonych. Projektowanie przekaźników bistabilnych stawia przed inżynierami wyzwanie zapewnienia energooszczędności i niezawodności. Niniejsze badanie koncentruje się na wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES) w celu osiągnięcia liniowej charakterystyki dla tych urządzeń. Za pomocą oprogramowania Ansys Maxwell uzyskano precyzyjne modele elektromagnetyczne, które później zostały porównane z wynikami eksperymentalnymi. Wyniki wskazują na dużą zgodność między symulacjami a danymi rzeczywistymi, co potwierdza skuteczność MES w procesie projektowania przekaźników.

  The design of bistable relays poses a challenge for engineers in ensuring energy efficiency and reliability. This study focuses on leveraging the Finite Element Method (FEM) to achieve linear characteristics for these devices. Using the Ansys Maxwell software, precise electromagnetic models were generated and later compared with experimental results. The findings indicate a high congruence between simulations and real-world data, affirming the efficacy of FEM in the relay design process.

• [art. 18]: Rafał Kopacz    

  Metoda quasi-dwupoziomowa jako uniwersalne podejście do balansowania napięcia szeregowo połączonych tranzystorów SiC MOSFET

  Quasi-two-level method as an universal approach for voltage balancing of series-connected SiC MOSFETs

  Niniejsze studium przedstawia metodę sterowania quasi-dwupoziomowego (Q2L) w celu balansowania napięcia na szeregowo połączonych tranzystorach SiC MOSFET. Zastosowania średniego i wysokiego napięcia wymagają łączenia szeregowego półprzewodnikowych przyrządów mocy w celach, bądź bezpośrednio. Metoda quasi-dwupoziomowa, uproszczona tylko w celu zapewnienia zrównoważenia napięcia, może stanowić uniwersalną metodę balansowania napięć między szeregowo połączonymi tranzystorami. Na bazie eksperymentów, przedstawiona została uniwersalna metoda sterowania, a także konkretne zastosowanie w przekształtniku dc-dc średniego napięcia. (Metoda quasi- dwupoziomowa jako uniwersalne podejście do balansowania napięcia szeregowo połączonych tranzystorów SiC MOSFET).

  This study showcases the quasi-two-level (Q2L) control method for voltage balancing of series-connected SiC MOSFETs. Medium and high voltage applications require stacking of power semiconductor devices in cells or series-connection in order to reach appropriate blocking capabilities. The simplified quasi-two-level method, only to ensure balancing among the series-connected transistors can be deemed as a universal method for voltage balancing of stacked power devices or cells. A generalized control strategy and a more specific application for a medium voltage dc-dc converter are presented, with both validated using experimental models at up to 1.5 kV dc voltage.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 10]: Dawid Zięba, Jacek Rąbkowski    

  Elastyczne cewki Rogowskiego w pomiarach szybko przełączających modułów tranzystorowych SiC MOSFET – ograniczenia i wyzwania

  Flexible Rogowski current probes in measurements of ultra-fast SiC MOSFET modules – limitations and challenges

  W artykule podjęto dyskusję nad ograniczeniami sond prądowych w formie elastycznych cewek Rogowskiego przy pomiarach szybkich procesów łączeniowych modułów tranzystorowych SiC MOSFET. Sondy te charakteryzują się ograniczonym pasmem przenoszenia do 50 MHz i mogą być podatne na zakłócenia elektromagnetyczne jakie towarzyszą szybkim procesom łączeniowym. Wykonano testy dwupulsowe i przebiegi uzyskane przy pomocy wybranych trzech cewek Rogowskiego porównano z przebiegami zarejestrowanymi przy użyciu skalibrowanego koaksjalnego bocznika rezystancyjnego o paśmie przenoszenia 2 GHz. (Elastyczne cewki Rogowskiego w pomiarach szybko przełączających modułów tranzystorowych SiC MOSFET – ograniczenia i wyzwania).

  The article presents a discussion on the limitations of the flexible Rogowski current probes in the measurements of switching processes in ultra-fast SiC MOSFET power modules. The probes feature limited bandwidth of up to 50 MHz and might be susceptible to electromagnetic interferences caused by the rapid-switching processes. The obtained waveforms of the SiC MOSFET power module are compared to the waveforms captured using calibrated coaxial current shunt resistor that features a 2 GHz bandwidth.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 34]: Mateusz Wasilewski, Piotr Falkowski    

  Przekształtnik DC-AC z dodatkowym, pośredniczącym przekształtnikiem DC-DC

  DC-AC converter, with additional, intermediary DC-DC converter

  W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki badań laboratoryjnych trójfazowego przekształtnika DC-AC gdzie w obwodzie pośredniczącym zastosowany został dodatkowy wspomagający przekształtnik DC-DC typu buck converter. Celem badań było określenie i porównanie sprawności energetycznej, oraz jakości prądu przekształtnika ze stałą wartością napięcia w obwodzie pośredniczącym, oraz w układzie z optymalną regulacją napięcia stałego. Jako układ sterowania zastosowano metodę DFOC z predykcyjnym regulatorem prądu stojana silnika indukcyjnego.

  This article shows the experimental results of an operation of three-phase DC-AC converter with intermediary DC-DC buck converter. The aim was to determine and compare the total efficiency, and the current quality of a converter with fixed DC link voltage, and with optimal DC link voltage regulation. As a control scheme a DFOC control with a predictive stator current regulator was implemented.

  (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

• [art. 3]: Przemysław Kowalczyk, Adam Krupa, Krzysztof Gedroyć, Andrzej Gierałtowski, Marcin Żelechowski    

  Automatyczne strojenie częstotliwości stosowane w przekształtnikach rezonansowych dla aplikacji plazmowych

  Automatic frequency control of resonant inverters used for plasma applications

  Falowniki stosowane w systemach zasilających procesy plazmowe w przemyśle półprzewodnikowym muszą zapewniać wysoką powtarzalność procesu. Oprócz zachowania określonych parametrów sygnału wyjściowego, takich jak jego widmo czy wartość skuteczna napięcia, konieczne jest odpowiednie dostrojenie częstotliwości generatora i matchbox-a do systemu. W artykule zostaną opisane sposoby sterowania przetwornicą DC/AC sprzężoną z komorą plazmową. Opisana zostanie zasada działania falownika z wykorzystaniem wybranych algorytmów AFT (ang. Automatic Frequency Tuning) w różnych trybach pracy systemu i stanach niedopasowania impedancyjnego.

  Inverters used in the semiconductor industry must ensure process repeatability. In addition to maintaining specific output signal parameters such as spectrum or RMS value, it is necessary to properly tune the generator and matchbox to the system. This article will describe the methods of controlling the DC/AC converter coupled with the plasma chamber. The principle of operation of the inverter using specific AFT (Automatic Frequency Tuning) algorithms in various system operation modes and mismatch states will be described.

Sesja   C2 (czwartek 15:00-16:40)

Analiza i optymalizacja układów energoelektroniki 2

• [art. 15]: Rafał Miśkiewicz, Przemysław Trochimiuk, Jacek Rąbkowski    

  Maksymalizacja sprawności zestawu przekształtników AC/DC i DC/DC poprzez zmiany napięcia obwodu pośredniczącego

  Maximizing the efficiency of the AC/DC and DC/DC converters by changing the DC-link voltage

  Praca omawia sposób sterowania zestawem przekształtników energoelektronicznych AC/DC i izolowanego DC/DC wchodzących w skład dwukierunkowego systemu ładowania pojazdów elektrycznych. Jego cechą jest sposób doboru napięcia obwodu pośredniczącego, który jest prowadzony, aby rezonansowy przekształtnik DC-DC pracował w najkorzystniejszym punkcie pracy. Artykuł jest ilustrowany wynikami badań Laboratoryjnych modelu systemu ładowania o mocy 10 kW.

  The work discusses the control method for a system of AC/DC and DC/DC power converters that are part of a bidirectional EV charging system. Its feature is the method of selecting the voltage of the DC link, which is conducted in such a way that the resonant DC-DC converter works at the most favorable operating point. The article is illustrated with the results of laboratory tests of a 10 kW charging system model.

• [art. 12]: Radosław Nalepa, Karol Najdek    

  Estymacja prądu indukcyjności przetwornicy podwyższającej napięcie w stanach dynamicznych za pomocą sieci neuronowej NARX

  Estimation of the boost converter inductance current in dynamic conditions by means of NARX neural network

  W artykule przedstawiono sposób estymowania prądu indukcyjności przetwornicy typu Boost za pomocą sieci neuronowej typu NARX. Model działa w oparciu o wybrane szeregi czasowe spróbkowane i obliczone numerycznie, bez udziału jakichkolwiek równań algebraicznych opisujących układ. Zaproponowane rozwiązanie pozwala na wyznaczanie prądu zarówno w stanach statycznych jak i dynamicznych w pełnym zakresie obciążenia przetwornicy oraz przy zmieniających się dynamicznie poziomach napięcia zasilającego - to przy zamkniętej pętli regulacji napięcia wyjściowego. Zaproponowane rozwiązanie może służyć jako podstawa do dalszych prac nad bliźniakiem cyfrowym przedmiotowej przetwornicy. Wszystkie rozważania oparto na eksperymentalnie zweryfikowanym modelu symulacyjnym.

  The article presents a method for estimating the Boost converter inductance current using a NARX neural network. The model works basing on selected sampled and calculated time series, without the involvement of any algebraic equations describing the circuit. The proposed solution enables the estimation of the current in static and dynamic states across the entire load range of the converter, as well as under dynamically changing levels of the supply voltage - this under closed loop output voltage control. The proposed approach can serve as a foundation for further work on the digital twin of the converter. All considerations are based on experimentally verified simulation model.

• [art. 4]: Wawrzyniec Mokrogulski, Marcin Falkiewicz, Marcin Żelechowski    

  Automatyzacja pomiarów parametrów rozproszeniowych wielobramników z wykorzystaniem wektorowego analizatora obwodów

  Automation of measurement of scattering parameters of multiports using a vector network analyzer

  Celem projektu było opracowanie automatycznego procesu pomiarów parametrów rozproszenia badanego układu elektronicznego oraz temperatury otoczenia jako podstawowego parametru środowiskowego, przy użyciu 4-portowego wektorowego analizatora obwodów. W ramach zaplanowanych działań opracowane zostało oprogramowanie umożliwiające sterowanie całym procesem pomiarowym z poziomu jednego programu. W celu weryfikacji poprawności działania przygotowanego oprogramowania, zrealizowane zostały pomiary na 4-portowej strukturze sprzęgajacej.

  The project was intended to develop an automated process for measuring scattering parameters and temperature as a main environmental parameter using a 4-port vector network analyzer. The software prepared allows the whole measurement process to be controlled from a single application. In order to verify that the developed application works correctly, measurements were made on a 4-port coupling structure.

• [art. 19]: Hamed Bizhani, Grzegorz Iwański    

  Modelowa strategia minimalnego napięcia łącza DC oparta na predykcjach dla systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci

  A Model Predictive based Minimum DC-link Voltage Strategy for Grid-Connected PV Systems

  W artykule przedstawiono metodę sterowania predykcyjnego z minimalizacją napięcia obwodu DC dla trzyprzewodowego przekształtnika energoelektronicznego dla instalacji fotowoltaicznej w celu zwiększenia niezawodności pracy przekształtnika. W przeciwieństwie do klasycznego podejścia ze stałą wartością napięcia DC proponowane rozwiązanie dopasowuje wartość napięcia DC do aktualnego punktu pracy falownika zmniejszając oddziaływanie napięcia na komponenty układu. Dodatkowo zmieniając pętlę wewnętrznego sterowania prądem na sterowanie predykcyjne oparte na modelu (ang. model predictive direct current control - MPDCC) zachowana jest wysoka dynamika regulacji prądu przekształtnika. W celu zwiększenia jakości prądu falownika wprowadzono do sterowania dyskretny modulator PWM (discrete space vector modulation - DSVM). W celu weryfikacji właściwości proponowanego sterowania przeprowadzono szerokie badania symulacyjne.

  This paper proposes a model predictive based minimum DC-link voltage control strategy to enhance the reliability of the grid-connected solar inverters. Unlike conventional methods, the proposed approach adjusts the DC-link reference voltage based on operating condition of the system to reduce the electrical stresses on the components. Additionally, by replacing the inner current control loop with a model predictive direct current control (MPDCC) method, the controller’s dynamic performance is preserved. A discrete space vector modulation (DSVM) approach is also incorporated into the MPDCC to improve the quality of the grid-side current. An extensive simulation analysis is provided to verify the performance of the proposed strategy.

• [kom. 11]: Piotr Leżyński    

  Sterowanie inwerterów solarnych wspierające system elektroenergetyczny

  Control of Solar Inverters Supporting the Power System

  Udział energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł w systemie elektroenergetycznym dynamicznie wzrastał na przestrzeni ostatnich lat. Spory udział w tej produkcji miały instalacje prosumenckie niedużych mocy (poniżej 50 kW), których głównym elementem jest Inwerter solarny. Przedmiotem referatu będą podstawowe funkcje inwerterów, wynikające z obowiązujących przepisów, których zadaniem jest stabilizowanie systemu elektroenergetycznego. Niektóre funkcje mają charakter arbitralny i działają bez względu na intencje właściciela, natomiast niektóre funkcje mogą być dezaktywowane lub parametryzowane przez obsługę. Znajomość tych funkcji jak i wymagań prawnych pozwoli w bardziej świadomy sposób korzystać z inwerterów. Referat może być także przydatny dla projektantów energoelektroniki projektujących inwertery działające w trybie on-grid.

  The share of electric energy generated from renewable sources in the power system has been dynamically increasing over the past few years. Small-scale prosumer installations (below 50 kW) have played a significant role in this production, with the main component being the solar inverter. This presentation will focus on the basic functions of inverters, as dictated by current regulations, which aim to stabilize the power system. Some functions are arbitrary and operate regardless of the owner's intentions, while others can be deactivated or parameterized by the operator. Understanding these functions and legal requirements will enable a more informed use of inverters. The presentation may also be beneficial for power electronics designers working on inverters operating in on-grid mode.

Sesja   A3 (czwartek 17:00-18:00)

Zastosowania energoelektroniki 1

• [art. 5]: Mikołaj Koszel, Kornel Wolski, Piotr Grzejszczak    

  Badania wysokosprawnego dwukierunkowego izolowanego sprzęgu AC/DC o szerokim zakresie regulacji napięcia stałego

  Research on a high-efficiency bi-directional isolated AC//DC coupler with a wide range of DC voltage regulation

  W artykule zaprezentowano wybrane wyniki badań opracowanego dwukierunkowego sprzęgu pomiędzy niskonapięciową siecią trójfazową prądu przemiennego, a obwodem napięcia stałego o regulowanej wartości w szerokim zakresie. Przedstawiono przegląd możliwych podobnych rozwiązań z literatury w kontekście opracowanego układu, a następnie omówiono właściwości elektryczne sprzęgu o znamionowej mocy 25 kW na podstawie wyników badań eksperymentalnych. Przekształtnik jest przystosowany do pracy równoległej (zwiększenie mocy) i charakteryzuje się przemysłowymi standardami wykonania, przez co może być wykorzystany w aplikacjach OZE i elektromobilności.

  The article presents selected results of research on the developed bidirectional coupling between a low-voltage three-phase AC grid and a DC voltage circuit with galvanic isolation and the DC voltage value adjustable in a wide range. A review of possible similar solutions from the literature in the context of the developed system is presented, and then the electrical properties of the coupler with a nominal power of 25 kW are discussed, based on the results from the experimental research. The converter is suitable for parallel operation (power multiplication) and is characterized by industrial standards, which can be used in renewable energy and electromobility applications.

• [art. 7]: Karol Najdek, Radosław Nalepa    

  Dobór nastaw przekształtnika z podwójnym mostkiem aktywnym w kaskadowej strukturze regulacji za pomocą techniki D-rozbicia

  Dual-Active-Bridge converter cascaded regulators gains selection by means of the D-decomposition technique

  Została przedstawiona technika D-rozbicia Neimarka, jako graficzne narzędzie do wyboru wzmocnień przekształtnika z podwójnym mostkiem aktywnym. Wykorzystano technikę dla regulatora prądu wyjściowego i napięcia wyjściowego. Wzmocnienia wyznaczono na podstawie eksperymentalnie zidentyfikowanych transmitancji. Odpowiedzi czasowe zostały zweryfikowane eksperymentalnie w laboratorium.

  Neimarks D-decomposition technique as a power-full graphical tool to select DAB compensators gains was presented. Technique for inner current and outer voltage regulators was used. Gains based on identified boost transfer functions were selected. Time responses from calculations were calculated and experimetally verified at the laboratory setup.

• [art. 35]: Jędrzej Pietryka, Marek Adamowicz, Zbigniew Krzemiński    

  Przekształtnik DC-DC 24V/12kV z transformatorem macierzowym do ładowarek kondensatorów wysokonapięciowych HVCC

  24V/12kV DC-DC converter with a matrix transformer for high-voltage capacitor chargers HVCC

  W artykule przedstawiono projekt i wykonanie kompaktowej, przenośnej wysokonapięciowej ładowarki kondensatorów 12kV, 1kJ/s, zasilanej z baterii akumulatorów 24V. Podstawowym wyzwaniem zaprojektowania przekształtnika o tak wysokiej przekładni transformatora jest minimalizacja indukcyjności rozproszenia transformatora, która wpływa na ograniczenie mocy przenoszonej przez transformator, a tym samym uniemożliwia regulację prądu i napięcia strony wtórnej przekształtnika. Przekształtnik DC-DC ładowarki wykorzystuje transformator macierzowy wysokiej częstotliwości o wspólnym uzwojeniu pierwotnym i 16 uzwojeniach wtórnych, z których 14 jest połączonych z mostkami prostowniczymi, a dwa stanowią uzwojenia pomocnicze. Szeregowo połączone wyjścia mostków prostowniczych tworzą wysokonapięciowe wyjście ładowarki.

  The paper presents the design and implementation of a compact, portable high-voltage capacitor charger (HVCC) with a rating of 12kV, 1kJ/s, powered by a 24V battery. The challenge in designing a converter with such a high transformer turns ratio is to minimize the transformer leakage inductance, which affects the power handling capability of the transformer, thereby hindering the regulation of current and voltage on the secondary side of the converter. The DC-DC converter of the charger uses a high-frequency matrix transformer with a common primary winding and 16 secondary windings, out of which 14 are connected to rectifier bridges, while two serve as auxiliary windings. The serially connected outputs of the rectifier bridges form the high-voltage output of the charger.

• [kom. 2]: Paweł Szcześniak    

  Elastyczność systemu elektroenergetycznego - wybrane aplikacje przekształtników energoelektronicznych

  Flexibility of the power system - selected applications of power electronic converters

  W komunikacie przedstawiono krótkie wprowadzenie do usług elastyczności systemu elektroenergetycznego. Szczegółowo przedstawiono usługę regulacji napięcia AC z wykorzystaniem magazynu energii jako przykład jednej z usług elastyczności. Wskazano, że algorytmy sterowania będą musiały uwzględniać wiele różnych zewnętrznych bądź lokalnych sygnałów, aby prawidłowo i efektywnie świadczyć daną usługę.

  The announcement presents a brief introduction to power system flexibility services. The AC voltage regulation service using energy storage is presented in detail as an example of one of the flexibility services. It was indicated that control algorithms will have to take into account many different external or local signals in order to provide a given service correctly and effectively.

Sesja   B3 (czwartek 17:00-18:00)

Przekształtniki energoelektroniczne

• [art. 20]: Serafin Bachman, Marek Turzyński, Marek Jasiński    

  Modern control strategy of bidirectional DAB converter with consideration of control nonlinearity

  Modern control strategy of bidirectional DAB converter with consideration of control nonlinearity

  This paper focuses on the control strategy for modern universal bidirectional Dual Active Bridge (DAB) converters for microgrid systems. An analysis of the converter equations was carried out, and typical problems related to the influence of dead time on the system operation were discussed. A closed control loop was developed, then tested by simulation and on a laboratory stand.

• [art. 47]: Adam Muc, Jan Iwaszkiewicz    

  Trójfazowy falownik kaskadowy sterowany wektorami obliczonymi na podstawie falki Haara

  Three-phase Cascade Inverter Controlled by Signals Calculated on the Basis of the Haar Wavelet

  W artykule opisano syntezę wartości chwilowej napięcia wyjściowego wielopoziomowego trójfazowego kaskadowego falownika napięcia. Opisano analityczną metodę wyznaczania zbioru falek ortogonalnych Haara oraz propozycję syntezy przebiegów wyjściowych falownika w oparciu o transformatę falkową. Na podstawie falki Haara obliczono sygnały sterujące kluczami połączonych kaskadowo dwupoziomowych falowników tworzących wielopoziomowy trójpoziomowy falownik napięcia. Przeprowadzono symulację współpracy takiego falownika z obciążeniem rezystancyjno-indukcyjnym.

  The article describes the synthesis of the instantaneous value of the output voltage of a multi-level three-phase cascade voltage inverter. An analytical method of determining the set of Haar orthogonal wavelets and a proposal for the synthesis of the output waveforms of the inverter based on the wavelet transform are described. On the basis of the Haar wavelet, the control signals of the keys of the cascaded two-level inverters forming a multi-level three-level voltage inverter were calculated. The cooperation of such an inverter with a resistive-inductive load was simulated.

• [art. 2]: Maciej Skowron    

  Analiza systemów detekcji zwarć zwojowych PMSM wykorzystujących uczenie transferowe głębokich sieci konwolucyjnych.

  Analysis of PMSM short-circuit detection systems using transfer learning of deep convolutional networks.

  Nowoczesne systemy diagnostyki silników PMSM łączone są obecnie z zaawansowanymi technikami sztucznej inteligencji. Niemniej projektowanie takich systemów ukierunkowane jest głównie na wybrany rodzaj uszkodzenia lub typ silnika. Zastosowanie idei uczenia transferowego umożliwia w pełni automatyczną ekstrakcje uniwersalnych symptomów uszkodzeń, która może być użyta dla różnych zadań diagnostycznych. W artykule przedstawiono porównanie systemów detekcji zwarć zwojowych silnika PMSM wykorzystujących uczenie transferowe głębokiej sieci konwolucyjnej przy zastosowaniu różnych źródeł informacji o cechach uszkodzenia.

  Modern PMSM diagnostic systems are now combined with advanced artificial intelligence techniques. However, the design of such systems is mainly focused on a selected type of damage or motor type. The application of the idea of transfer learning allows the fully automatic extraction of universal fault symptoms, which can be used for various diagnostic tasks. This paper presents a comparison of PMSM motor coil short-circuit detection systems using transfer learning of a deep convolutional network using different sources of damage characteristic information.

• [kom. 6]: Krzysztof Kolano    

  Nowa uproszczona metoda sterowania wektorowego dedykowana zwłaszcza do pracy w strefie osłabiania pola

  A new simplified vector control method dedicated especially for operation in the field weakening area

  Artykuł prezentuje nową metodę sterowania wektorowego silników PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) nazywaną theta-FOC. Metoda ta łączy zalety prostego sterowania sinusoidalnego oraz Field Oriented Control (FOC). W pracy zaproponowano wprowadzenie dodatkowego parametru określającego kąt elektryczny między wektorem napięcia silnika a osią strumienia magnetycznego wirnika. Klasyczne Field Oriented Control zostało zmodyfikowane w celu zmniejszenia liczby niezbędnych obliczeń. Proponowana metoda pozwala na odseparowanie obliczeń od cyklicznego sygnału PWM (Pulse Width Modulation), co umożliwia wykonanie obliczeń z częstotliwością inna niż PWM. Skutkuje to możliwością osiągnięcia wyższej częstotliwości sygnału PWM. Dodatkowo, proponowana metoda minimalizuje wpływ odchylenia między rzeczywistym napięciem PWM a napięciem generowanym z kontrolera przy wysokich częstotliwościach PWM, co prowadzi do lepszego działania systemu pod względem osłabienia pola. Metoda ta została przetestowana w typowych warunkach pracy i działała podobnie do metody FOC, ale z mniejszą liczbą obliczeń, a zatem krótszym czasem sterowania.

  The paper introduces a new method for vector control of PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) motors called theta-FOC. This method combines the advantages of simple sinusoidal control and Field Oriented Control (FOC). The paper proposes introducing an additional parameter that determines the electrical angle between the motor’s voltage space vector and rotor magnetic flux axis. The classical Field Oriented Control was modified to reduce the number of necessary calculations. The proposed method allows for decoupling the calculations from the cyclic PWM (Pulse Width Modulation) signal, enabling calculations to be performed at a frequency different from PWM. This results in the possibility of achieving a higher frequency of the PWM signal. Additionally, the proposed method minimizes the influence of deviation between the actual PWM voltage and the voltage command generated from the controller at high PWM frequencies, leading to better operation of the system in terms of field weakening. This method has been tested under typical operating conditions and has performed similarly to the FOC method, but with a reduced number of calculations, and therefore reduced control time.

Sesja   C3 (czwartek 17:00-18:00)

Układy napędowe 2

• [art. 44]: Konrad Urbański, Stefan Brock, Dariusz Janiszewski    

  Sterowanie z wykorzystaniem regulatora z opóźnieniami sygnału

  Control of the system using a controller with delayed inputs

  W pracy przedstawiono sposób polepszenia dynamiki sterowania obiektem z opóźnieniem. Proponowany układ sterowania wykorzystuje typowy regulator o strukturze PI/PID uzupełniony o blok wstępnego przetwarzania sygnału wejściowego. Kondycjonowanie sygnału wejściowego polega na użyciu filtru o skończonej odpowiedzi impulsowej. Parametry filtru dobierane są z wykorzystaniem metody losowej. Tak zmodyfikowany układ regulacji umożliwia polepszenie wskaźników jakości. W układzie tym można wstępnie dobrać analitycznie nastawy regulatora, a następnie przeprowadzić proces dalszego doboru parametrów.

  The paper presents a way to improve the dynamics of object control with delay. The proposed control system uses a typical controller with a PI/PID structure supplemented by an input signal preprocessing block. Conditioning of the input signal is based on the use of a filter with a finite impulse response. The filter parameters are selected using a random method. The control system modified in this way makes it possible to improve quality indicators. In this system, the controller settings can be pre-selected in analitycally, and then the process of further parameter selection can be carried out.

• [art. 6]: Marcin Gulczyński, Marek Adamowicz, Marek Olesz    

  Diagnostyka off-line stanu izolacji uzwojeń silników 6 kV z wykorzystaniem obrazowania akustycznego wyładowań niezupełnych

  Off-line diagnostics of insulation condition in 6kV motor windings using acoustic imaging of partial discharges

  W zakładach przemysłowych, w których kluczowe procesy produkcyjne są realizowane z wykorzystaniem silników średniego napięcia, dla których diagnostyka izolacji uzwojeń ma istotne znaczenie. W tym celu wykonuje się ocenę porównawczą wyników pomiarów wyładowań niezupełnych (WNZ) wykonywanych dla jednostek tego samego typu, a jej skuteczność w znacznej mierze wynika z wieloletniego doświadczenia diagnosty. Dla opracowania wyników WNZ stosuje się metodę fazowo-rozdzielczą PRPD, która wyznacza określone parametry WNZ w funkcji fazy napięcia przemiennego. Dysponując określonymi wzorcami WNZ można określić rodzaj wady izolacji silnika, bez możliwości lokalizacji jej występowania. W referacie omówiono nowe możliwości wspomagania diagnostyki off-line z wykorzystaniem kamery akustycznej, która analizuje widmo akustyczne WNZ i lokalizuje miejsce ich występowania na optycznym obrazie badanego obiektu. Kamera akustyczna wykorzystuje szeroką gamę mikrofonów szerokopasmowych i wizualizuje sygnał akustyczny w wybranych zakresach częstotliwości.

  In industrial plants where critical production processes are carried out using medium-voltage motors, insulation winding diagnostics play a crucial role. To achieve this, a comparative assessment of partial discharge measurement results is conducted for units of the same type, and its effectiveness largely relies on years of diagnostic experience. To analyze the partial discharge results, the phase-resolved partial discharge (PRPD) method is employed, which determines specific parameters of partial discharges in relation to the phase of alternating voltage. By having established reference partial discharge patterns, it becomes possible to identify the type of insulation fault in the motor without pinpointing its location. This presentation discusses new opportunities for supporting offline diagnostics using an acoustic camera, which analyzes the acoustic spectrum of partial discharges and locates their occurrence on an optical image of the inspected object. The acoustic camera utilizes a wide range of broadband microphones and visualizes the acoustic signal within selected frequency ranges.

• [art. 48]: Karol Wróbel, Grzegorz Tarchała    

  Wielowarstwowy estymator prędkości silnika indukcyjnego

  Multilayer speed estimator of an induction motor

  W pracy przedstawiono wielowarstwowy estymator prędkości silnika indukcyjnego. W pierwszej warstwie prezentowanego układu równolegle i niezależnie od siebie pracują estymatory MRAS-F i MRAS-CC, o dobrze opisanych w literaturze właściwościach. MRAS-CC pozwala uzyskać dużą odporność na zmiany parametrów silnika. MRAS-F zapewnia z kolei stabilność w zakresie pracy generatorowej. Układ wielowarstwowy pozwala połączyć pozytywne cechy obu układów.

  The paper presents a multilayer speed estimator of an induction motor. MRAS-F and MRAS-CC estimators work in parallel and independently in the first layer of the presented system. Their properties are well described in the literature. MRAS-CC allows to obtain great robustness to changes in motor parameters. However, MRAS-F ensures stability during the regenerating mode operation. The multilayer system allows to combine positive features of both systems.

• [art. 25]: Andrzej Dębowski    

  O sterowaniu otwarto-zamkniętym wykorzystywanym we współczesnych zastosowaniach energoelektroniki

  On the feedforward-feedback control used in modern power electronics applications

  W artykule omawiane są właściwości znanych od dawna układów sterowania obiektami technicznymi pracujących w systemie otwarto- zamkniętym, jako szczególnie przydatne do zastosowań w przemysłowych urządzeniach i systemach elektroenergetycznych, wykorzystujących w swym działaniu energię elektryczną, lub służące do jej przetwarzania. Urządzenia takie ze względu na zróżnicowanie dynamiki w którym część szybsza poprzedza wolniejszą, charakteryzuje potrzeba syntezy sterowania w dwóch horyzontach czasowych – długim i krótkim. Odpowiednio dobrana struktura układu sterowania pozwala zapewnić wysoką jakość sterowania w każdym z tych horyzontów.

  The paper discusses the properties of long-known control systems for technical objects operating in a closed-open system, as particularly useful for applications in industrial devices and power systems that use electrical energy in their operation or are used for its conversion. Such devices, due to the differentiation of dynamics in which the faster part precedes the slower part, are characterized by the need to synthesize control in two time scale - long and short. A properly selected structure of the control system allows t o ensure high quality of control in each of these horizons.

Sesja   (piątek 09:00-10:00)

Perspektywy rozwoju energoelektroniki i napędu elektrycznego 1

• [kom. 3]: Bartłomiej Ufnalski    

  Elektryfikacja środków transportu lądowego, powietrznego i wodnego

  Electrification of land, air, and water means of transportation

  Rzecz o elektryfikacji środków transportu w dobie transformacji energetycznej. Kierunki rozwoju – o czym się mówi obecnie, gdzie płynie pieniądz, co skutecznie już zelektryfikowaliśmy.

  On electrification of means of transportation in the era of energy transition. Directions of development – what is being discussed now, where the money flows, and what has already been successfully electrified.

• [kom. 13]: Stefan Brock    

  Wybrane problemy zastosowania metod uczenia maszynowego w układach sterowania

  Selected problems in the application of machine learning methods to control systems

  IEEE Control System Society opublikowało w 2023 roku prognozę rozwoju układów sterowania do 2030 roku: Control for societal-scale challenges: road map 2030. Istotną rolę odgrywać będą metody uczenia maszynowego, udostępniając skuteczne narzędzia do rozwoju metod sterowania opartych na danych. Komponenty oparte na uczeniu się są wykorzystywane do przetwarzania danych z czujników, reprezentowania niepewnego zachowania systemów w ich środowiskach i umożliwienia podejmowania decyzji w oparciu o kontekst i obserwowane dane. Postęp technologiczny i metodologiczny w uczeniu maszynowym stwarza nowe możliwości i wyzwania. Jedną z szybko rozwijających się technik jest uczenie ze wzmocnieniem oparte o głębokie sieci neuronowe. Technika ta jest coraz częściej wykorzystywana w różnorodnych zastosowaniach z zakresu sterowania ruchem.

  IEEE Control System Society has published a forecast of control system development through 2030: Control for societal-scale challenges: Road Map 2030. Machine learning methods will play an important role, providing effective tools for developing data-driven control methods. Learning-based components are used to process sensor data, represent the uncertain behavior of systems in their environments, and enable decision-making based on context and observed data. Technological and methodological advances in machine learning are engendering new opportunities and challenges. A rapidly developing technique is reinforcement learning based on deep neural networks. This technique is increasingly being used in a variety of motion control applications.

• [kom. 14]: Robert Smoleński    

  Zastosowanie uczenia maszynowego w modelowaniu behawioralnym systemu elektroenergetycznego

  Application of machine learning in behavioral modeling of the power system

  W prezentacji przedstawione zostaną koncepcje wykorzystania uczenia maszynowego w modelowaniu złożonych zjawisk występujących w systemie elektroenergetycznym. W ramach prowadzonych obecnie badań planuje się diametralną zmianę paradygmatu opisu systemu elektroenergetycznego, bazując na założenieu, że dystrybuanty empiryczne dobrze opisują skomplikowane obiekty dynamiczne dla których trudne lub niemożliwe jest przedstawienie analitycznych modeli deterministycznych. Dzięki wykorzystaniu jednych z najbardziej zaawansowanych systemów pomiarowych AMI (Advanced Metering Infrastructure) na świecie, jakie posiada ENEA Operator, możliwe będzie wyrażenie zależności pomiędzy poszczególnymi mierzonymi wielkościami fizycznymi za pomocą dystrybuant empirycznych. Do opracowania modeli behawioralnych planuje się wykorzystanie najnowszych osiągnięć z zakresu modelowania i analiz big data m.in. głębokiego uczenia maszynowego.

  In the presentation, concepts of using machine learning in modeling complex phenomena occurring in the power system will be presented. Within the current research, there is a plan for a drastic paradigm shift in describing the power system, based on the assumption that empirical distributions effectively describe complex dynamic objects for which it is difficult or impossible to present analytical deterministic models. Using one of the most advanced AMI (Advanced Metering Infrastructure) measurement systems in the world, owned by ENEA Operator, it will be possible to express relationships between individual measured physical quantities by means of empirical distributions. For the development of behavioral models, the latest achievements in the field of modeling and big data analysis, including deep machine learning, are planned to be utilized.

Sesja   A4 (piątek 10:00-11:00)

Perspektywy rozwoju energoelektroniki i napędu elektrycznego 2

• [kom. 10]: Jacek Rąbkowski    

  Stan aktualny i trendy w rozwoju technologii półprzewodnikowych przyrządów mocy

  Current status and trends in the development of semiconductor power device technology

  Ponad dekadę temu na rynku pojawiły się pierwsze komercyjne tranzystory SiC MOSFET, którym drogę utorowały zapomniane już SiC JFET i SiC BJT, a obecnie elementy z węglika krzemu mają już niemal 10% udziału w sprzedaży. Inne nowe przyrządy, HEMTy z azotku galu rozpychają się w zastosowaniach niskonapięciowych (do 650V) i trwają próby wprowadzenia tego typu elementów w klasie 1200V. W tym samym czasie producenci pracują nad kolejnymi generacjami przyrządów krzemowych – MOSFET i IGBT – wcale nie zamierzając ustąpić pola półprzewodnikom szerokoprzerwowym. W końcu obok parametrów statycznych i dynamicznych przyrządów mocy liczy się jeszcze ich stabilność w czasie, a przede wszystkim cena. Podsumowując, referat opowiada o tym co się dzieje w technologiach półprzewodnikowych mocy obecnie i czego można się spodziewać w perspektywie kolejnych lat.

  A decade ago, the first commercial SiC MOSFETs appeared on the market, paved the way by the now-forgotten SiC JFETs and SiC BJTs, and now silicon carbide elements have almost a 10% share in sales. Other new devices, gallium nitride HEMTs, are gaining momentum in low-voltage applications (up to 650V), and attempts are underway to introduce this type of element in the 1200V class. At the same time, manufacturers are working on the next generations of silicon devices - MOSFET and IGBT - with no intention of giving up to wide-gap semiconductors. After all, apart from the static and dynamic parameters of power devices, what also matters is their stability over time and, above all, cost. To sum up, the paper talks about what is happening in power semiconductor technologies currently and what can be expected in the coming years.

• [kom. 5]: Mateusz Dybkowski    

  Napędy o zwiększonym stopniu bezpieczeństwa w elektromobilności

  Fault tolerant control drives for electromobility

  W komunikacie zaprezentowane zostaną metody diagnostyki i systemy napędowe o zwiększonym stopniu bezpieczeństwa, dedykowana dla maszyn i pojazdów elektrycznych. Wyniki i analizy przedstawione są efektem badań i projektów naukowych prowadzonych w Katedrze Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej w ostatnich latach. Zaprezentowane zostaną tematy, które mogą być rozwijane i udoskonalane w kolejnych dekadach w kraju i na świecie.

  The announcement will present diagnostic methods and drive systems with an increased degree of safety, dedicated to electric machines and vehicles. The results and analyzes presented are the result of research and scientific projects conducted at the Department of Electrical Machines, Drives and Measurements of the Wrocław University of Science and Technology in recent years. Topics that can be developed and improved in the coming decades in the country and around the world will be presented.

• [art. 36]: Robert Stala, Szymon Folmer, Andrzej Mondzik    

  Przekształtnik rezonansowy DC-DC obniżający napięcie z tranzystorami GaN w układach scalonych i diodami SiC

  Resonant step-down DC-DC converter based on GaN power integrated circuits and SiC diodes

  The paper presents a DC-DC resonant converter with a switched capacitor topology, equipped with GaN transistors and SiC diodes. The proposed system operates at high frequency with low switching losses and is demonstrated in implementation without electrolytic capacitors. GaN transistors integrated in one package with dedicated gate drivers were used to simplify drivers circuitry and increase the power density factor of the proposed device. The article presents waveforms captured in the power circuit at ZVS operation, as well as efficiency characteristics and voltage gain curve of the converter vs. its output power.

Sesja   B4 (piątek 10:00-11:00)

Układy napędowe 3

• [art. 43]: Robert Surus, Tomasz Tarczewski    

  Sterowanie predykcyjne prądu dla synchronicznego silnika reluktancyjnego - analiza tętnień prądu

  Finite Control Set Model Predictive Current Control for Reluctance Synchronous Motor - Current Ripple Analysis

  W artykule przedstawiono sterowanie predykcyjne prądami synchronicznego silnika reluktancyjnego. Przedstawiono szczegółowy opis matematyczny pozwalający na wyliczenie maksymalnego zakresu tętnień prądu z uwzględnieniem najdokładniejszego modelu synchronicznego silnika reluktancyjnego zawierającego cztery składowe indukcyjności. Przeprowadzone badania eksperymentalne wskazują na poprawny analityczny model matematyczny w celu wyznaczenia amplitudy tętnień prądu zarówno dla niskich jak i wysokich częstotliwości kluczowania tranzystorów przekształtnika. (Sterowanie predykcyjne prądu dla synchronicznego silnika reluktancyjnego - analiza tetnień pradu).

  The paper presents a finite control set model predictive current control FCS-MPC for reluctance synchronous motor (RSM). A detailed mathematical description of the maximum range of current ripple amplitude is presented, taking into account the most accurate model of a synchronous reluctance motor containing four inductance components. The experimental studies carried out indicate the correct analytical mathematical model to determine the amplitude of current ripples, both for low and high switching frequencies of the SiC MOSFET’s.

• [art. 8]: Bartłomiej Wicher, Stefan Brock    

  Dobór nastaw regulatora prędkości opartego o strukturę ADRC, dedykowanego dla układu dwumasowego

  Tuning algorithm for ADRC speed control dedicated to two - mass system

  Artykuł prezentuje metodę poszukiwania nastaw układu regulacji prędkości opartego o metodę ADRC. Układ ten steruje prędkością obiektu dwumasowego, a zaprezentowana metoda uwzględnia kluczowe cechy obiektu i dobiera nastawy, aby osiągnięte odpowiedzi na zmianę wartości zadanej charakteryzowały się zadowalającym tłumieniem. Autorzy prezentują proces modelowania obiektu oraz całego układu regulacji, prezentują wyniki analizy teoretycznej, a następnie dowodzą skuteczności zaproponowanego podejścia w eksperymencie laboratoryjnym.

  The article presents an algorithm for searching parameters of a speed control system based on the ADRC method. The system controls a two - mass object, and the presented method takes into account the key features of this object and selects settings, so that the achieved responses to a change in the set value are characterized by satisfactory damping. The authors present the process of modeling the plant and the entire control system, show the results of theoretical analysis and then prove the effectiveness of the proposed approach in a laboratory experiment.

• [art. 9]: Piotr Serkies, Piotr Żuk, Adam Gorla    

  Stanowisko laboratoryjne do eksperymentalnego porównania wybranych metod tłumienia wibracji w napędzie mechatronicznym

  Laboratory stand for experimental comparison of selected vibration damping methods in a mechatronic drive

  W referacie przedstawiono zagadnienia związane z tłumieniem drgań w napędzie elektrycznym ze sprężystym ramieniem. W kolejnych rozdziałach zaprezentowano wyprowadzenie modelu dynamicznego obiektu i jego aproksymację. Główną część pracy stanowi opis konstrukcji stanowiska eksperymentalnego z wykorzystaniem serwonapędu PMSM. Do tłumienia drgań wykorzystano wybrane standardowe algorytmy znane z literatury. W ostatnim rozdziale referatu porównano uzyskane wyniki eksperymentalne.

  The paper discusses issues related to vibration damping in an electrical drive with a flexible arm. The subsequent chapters present the derivation of the dynamic model of the object and its approximation. The main part of the study covers the construction of an experimental set-up using a PMSM servo drive. A selection of standard algorithms known from literature was used for vibration damping. The final section of the paper provides a comparison of the obtained experimental results.

Sesja   A5 (piątek 11:20-13:00)

Przetwarzane sygnałów w układach napędowych

• [art. 40]: Bogdan Fabiański, Tomasz Pajchrowski, Krzysztof Zawirski    

  Rozwiązania układowe i przetwarzanie sygnałów w autorskim interfejsie momentomierza stanowiska badawczego napędu z silnikiem reluktancyjnym przełączalnym

  Electronic system and signal processing solutions in torque-meter interface of switched reluctance motor drive laboratory test bench

  Artykuł ma na celu przedstawienie – z funkcjonalnego punktu widzenia – kluczowych rozwiązań zautomatyzowanego stanowiska laboratoryjnego do badania silnika reluktancyjnego przełączalnego. Szczególny nacisk położono na jeden z autorskich modułów tego stanowiska tj. dedykowany interfejs momentomierza przelotowego marki FUTEK TRS705. W tym zakresie omówiono warstwę fizyczną jak i najważniejsze algorytmy zaimplementowane w programie systemu wbudowanego. Silnik reluktancyjny przełączalny prosty w swojej konstrukcji i zasadzie działania staje się skomplikowany w zadaniu sterowania. Fundamentalne zjawiska: generowania momentu elektromagnetycznego oraz wytwarzania siły elektromotorycznej charakteryzują się istotnymi nieliniowościami, które muszą być uwzględnione w modelach obwodowych silnika realizowanych zarówno na cele symulacji, jak i ewaluacji algorytmów sterowania. Stąd koncepcja budowy stanowiska badawczego, które w sposób zautomatyzowany (ze zminimalizowanym ryzykiem błędu ludzkiego) i zarazem precyzyjny będzie mogło zebrać informacje o podstawowych relacjach danego egzemplarza. Przedstawione w artykule zagadnienia (precyzyjny, otwarty interfejs momentomierza) mogą być rozpatrywane i użyteczne w znacznie szerszym (generycznym) kontekście stanowiąc wkład w rozwiązania istotne z szeroko pojętego zakresu napędu elektrycznego. W artykule starano się opisać zagadnienia w sposób kompleksowy umożliwiające odtworzenie rozwiązań. Co istotne, przedstawione metody i rozwiązania układowe zweryfikowano. eksperymentalnie wraz z końcowym przedstawieniem rezultatów działania stanowiska

  The article aims to present – from a functional point of view – the key solutions of an automated laboratory stand for testing a switched reluctance motor drive. Particular emphasis was placed on one of the proprietary modules of this stand: the dedicated interface of the FUTEK TRS705 torque meter. In this respect, the physical layer and the most important algorithms are discussed. A switched reluctance motor, simple in its design and operating principle, becomes complex in its control task. The fundamental phenomena: generation of electromagnetic torque and electromotive force are characterized by significant nonlinearities that must be taken into account in the motor circuit models implemented both for the purposes of simulation and evaluation of control algorithms. Hence the concept of building a research station that will be able to collect information about the basic relationships of a given specimen in an automated (with minimized risk of human error) and at the same time precise manner.The issues presented in the article (precise, open torque meter interface) can be considered and useful in a much broader (generic) context, constituting a contribution to solutions important in the broadly understood scope of electric drive. The article attempts to describe the issues in a comprehensive manner enabling the reconstruction of solutions. Importantly, the presented methods and system solutions were verified experimentally along with the final presentation of the results of the station operation.

• [art. 30]: Łukasz Niewiara, Michał Gierczyński, Tomasz Tarczewski, Lech M. Grzesiak    

  Praktyczne aspekty idntyfikacji i dynamicznego modelowania obwodu elektrycznego reluktancyjnego silnika synchronicznego

  Practical approach for identification and dynamic modeling of reluctance synchronous motors’ electrical circuit

  W pracy przedstawiono praktyczne aspekty identyfikacji i modelowania dynamiki obwodu elektrycznego synchronicznego silnika reluktancyjnego. Przedstawiono model maszyny w przestrzeni zmiennych stanu bazującego na składowych prądu stojana. Omówiono zastosowaną technikę estymacji powierzchni składowych strumienia skojarzonego z uzwojeniami maszyny i zastosowane funkcje aproksymujące, uwzględniając prawidłowy proces rejestrowania danych eksperymentalnych. Dopasowanie uzyskanego modelu poddano weryfikacji w oparciu o dane eksperymentalne.

  The paper presents a practical approach for identifying and dynamic modeling reluctance synchronous motor’s (RSM) electrical circuit. The mathematical modeling for the electrical circuit is provided in a current-based state-space representation. The flux linkage estimation technique with assumed approximation functions is discussed, emphasizing proper experimental data collection. The quality of the developed model is investigated using static approximation and current transient response.

• [art. 14]: Karol Wróbel, Krzysztof Szabat, Bartłomiej Wicher, Stefan Brock    

  Hybrydowy ślizgowy obserwator Luenbergera w układzie napędowym z połączeniem elastycznym

  Hybrid sliding Luenberger observer for drive system with elastic connection

  W artykule przedstawiono zagadnienia związane estymacją zmiennych stanu w układzie napędowym z połączeniem sprężystym. Dokładna informacja o zakłóceniach jest niezbędna w celu zastosowania zaawansowanej struktury sterowania. W pracy przebadano hybrydowy ślizgowy obserwator Luenbergera. Proponowany algorytm jest połączeniem klasycznego obserwatora Luenbergera oraz części ślizgowej. Zaproponowana struktura zwiększa odporność estymatora na szumy pomiarowe i parametryczne. W właściwości obserwatora przetestowano na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym w silniki PMSM. Otrzymane wyniki porównano do rozwiązania klasycznego.

  The article presents issues related to the estimation of state variables in a drive system with a flexible connection. Accurate information about disturbances is necessary to implement an advanced control structure. In this work, Luenberger's hybrid sliding observer was tested. The proposed algorithm is a combination of the classic Luenberger observer and the sliding part. The proposed structure increases the estimator's resistance to measurement and parametric noise. The observer properties were tested on a laboratory stand equipped with PMSM engines. The obtained results were compared to the classical solution.

• [art. 52]: Przemysław Pietrzak, Marcin Wolkiewicz    

  Zastosowanie niskobudżetowego mikrokontrolera z rdzeniem ARM Cortex-M do diagnostyki uszkodzeń uzwojeń stojana w układach napędowych z silnikami indukcyjnymi

  Application of a low-cost microcontroller with ARM Cortex-M core for stator winding fault diagnosis in drive systems with induction motors

  W artykule omówiono możliwość zastosowania niskobudżetowego mikrokontrolera z rdzeniem ARM Cortex-M4 do diagnostyki zwarć międzyzwojowych w uzwojeniu stojana silnika indukcyjnego. Do pomiaru i akwizycji sygnału diagnostycznego – napięcia indukowanego w cewce pomiarowej przez strumień poosiowy, wykorzystano moduł NUCLEO-L476RG z 32-bitowym mikrokontrolerem wyposażonym w wewnętrzny przetwornik analogowo-cyfrowy. Wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych na specjalnie przygotowanym stanowisku badawczym potwierdziły możliwość zastosowania systemu wbudowanego opartego o mikrokontroler z rdzeniem ARM Cortex-M4 do ekstrakcji symptomów uszkodzeń uzwojeń stojana silników indukcyjnych.

  This paper discusses the possibility of using a low-cost microcontroller with an ARM Cortex-M4 core to diagnose interturn short circuits in the stator winding of an induction motor. A NUCLEO-L476RG module with a 32-bit STM32L476RG microcontroller equipped with an internal analog- to-digital converter is used to measure and acquire the diagnostic signal - the voltage induced in the measuring coil by the axial flux. The results of experimental tests carried out on a specially prepared test bench confirmed the possibility of using an embedded system based on a microcontroller with an ARM Cortex-M4 core to extract the symptoms of faults in the stator windings of induction motors.

• [art. 37]: Bogdan Fabiański, Tomasz Pajchrowski, Krzysztof Zawirski    

  Przetwarzanie sygnału momentomierza Futek TRS705 oraz komunikacja wewnętrza w zautomatyzowanym stanowisku badawczym napędu z silnikiem reluktancyjnym przełączalnym.

  Digital signal processing of the Futek TRS705 torque meter and internal communication solutions in an automated laboratory test-bench for a switched reluctance motor drive.

  W publikacji skupiono się na trzech kwestiach: analizie i algorytmach kondycjonowania uzyskiwanego sygnału momentu przetwornika Futek TRS705 w środowisku analitycznym Matlab, usystematyzowaniu architektury komunikacji wewnętrznej jednostki centralnej stanowiska w ramach systemu operacyjnego czasu rzeczywistego oraz na efektywnym sterowaniu zdalnym oscyloskopem. Przedstawione informacje mogą stanowić dla Czytelnika inspiracje w podobnych konstrukcjach stanowisk badawczych ułatwiając odtworzenie podobnego stanu funkcjonalności w oparciu o praktyczne wykorzystanie strukturyzacji kodu systemów wbudowanych obsługujących automatyzację pracy. Przedstawione metody analizy uzyskiwanego na stanowisku sygnału momentu siły pozwalają zapoznać się˛ z jego właściwościami, a metody wtórnego przetwarzania na poprawę parametrów jakości tego sygnału. W pracy omówiono także relacje pasma przenoszenia użytego przetwornika do natury widma momentu elektromagnetycznego silnika reluktancyjnego przełączalnego.

  The publication focused on three issues: systematizing the internal communication architecture of the station’s central unit within the real-time operating system, effective remote control of the used DPO3014 oscilloscope and analysis/conditioning algorithms of the obtained torque signal of the Futek TRS705 transducer in the Matlab analytical environment. The information presented may provide the reader with inspiration in similar designs of research stations, facilitating the reconstruction of a similar state of functionality. The presented methods of secondary processing of the torque signal obtained at the station make it possible to become familiar with its nature and to further improve the quality parameters of this signal.

Sesja   B5 (piątek 11:20-13:00)

Zastosowania energoelektroniki 2

• [art. 39]: Zbigniew Kaczmarczyk, Marcin Kasprzak, Paweł Lasek, Krzysztof Przybyła, Marcin Skóra, Krzysztof Stankiewicz    

  Realizacja systemu bezprzewodowego przesyłu energii na zasadzie sprzężenia pojemnościowego

  Implementation of a wireless energy transfer system based on capacitive coupling

  Artykuł dotyczy projektu, opracowania i analizy właściwości prototypu systemu bezprzewodowego przesytu energii elektrycznej na zasadzie sprzężenia pojemnościowego. System przeznaczony jest do ciągłego doładowywania podwieszanej kolejki górniczej. W jego skład wchodzą: falownik rezonansowy, obwody dopasowujące strony pierwotnej i wtórnej, odpowiedni sprzęg pojemnościowy oraz prostownik z obciążeniem – docelowo ładowarka baterii mobilnego zasobnika energii. Zapewniono pożądane napięcie wyjściowe (330 V) i moc wyjściową (2 kW) przy częstotliwości pracy 300 kHz, uzyskując sprawność całkowitą 88% oraz nie przekraczając poziomu 3 kV przez napięcia skuteczne na elementach biernych.

  The article deals with the design, development and analysis of the properties of a prototype of a wireless power transfer system based on capacitive coupling. The system is designed for continuous charging of the suspended mining railway. It consists of: a resonant inverter, primary and secondary matching circuits, a suitable capacitive coupler and a rectifier with a load – ultimately a battery charger for a mobile energy storage device. The desired output voltage of 330 V and the output power of 2 kW at the operating frequency of 300 kHz were obtained, achieving a total efficiency of 88% and not exceeding the level of 3 kV by RMS voltages on passive components.

• [art. 21]: Piotr Grzejszczak, Bartosz Nowatkiewicz    

  Modułowy synchroniczny przekształtnik DC/DC w technologii GaN o dużej obciążalności prądowej

  Modular synchronous DC/DC converter with high current GaN MOSFETs

  Przedstawiony niżej tekst opisuje proces projektowania oraz wyniki badań eksperymentalnych modułowego przekształtnika synchronicznego o charakterystyce obniżającej napięcie napięcie, zbudowanego przy użyciu miniaturowych tranzystorów MOSFET z azotku galu. Praca ma na celu analizę możliwości zastosowania tranzystorów GaN w układzie modułowym o dużej obciążalności prądowej, który może być zastosowany np. w niskonapięciowych magazynów energii. W pracy zbadano układ eksperymentalny pracujący z mocą 4 kW przy prądzie wyjściowym blisko 150A i częstotliwości przełączania 300 kHz.

  The following text describes the design process and experimental results of a modular step step-down down synchronous DC/DC converter built using miniature gallium nitride MOSFETs. SFETs. The work aims to analyze the possibility of using GaN transistors in a modular system with high current carrying capacity, which can be used, for example, in low low-voltage energy storages. The paper presents the results of a prototype with an output power of over 4 kW and output current of 150A at a switching frequency of 300 kHz kHz.

• [art. 28]: Adam Muc, Andrzej Kasprowicz, Piotr Mysiak    

  Pasywny koncentrator dla falowników jednofazowych z wyjściem trójfazowym wykorzystujący dławiki sprzężone magnetycznie

  Passive concentrator for single-phase inverters with three-phase output using magnetically coupled reactors

  W pracy przedstawiono pasywny koncentrator dla falowników jednofazowych z wyjściem trójfazowym, który wykorzystuje dławiki magnetycznie sprzężone. Rozważono dwa warianty współpracy koncentratora z jednofazowymi falownikami napięcia. W pierwszym wariancie zaproponowano topologię układu, w której do koncentratora podłączono trzy falowniki, natomiast w drugim wariancie sześć. W celu utworzenia punktu gwiazdowego dla napięć zasilających dławiki sprzężone, wprowadzono równolegle do każdego z nich szeregowo połączone pojemności. W badaniach symulacyjnych oceniono stopień zmian napięcia zasilania falowników na pracę koncentratora i kształt napięć wyjściowych.

  This paper presents a passive concentrator for single-phase inverters with three-phase output, which uses magnetically coupled reactors. Two variants of cooperation of the concentrator with single-phase voltage inverters were considered. In the first variant, the system's topology was proposed, in which three inverters were connected to the concentrator, while in the second variant, six. In order to create a star point for the voltages supplying the coupled reactors, capacitances connected in series were introduced in parallel to each of them. In the simulation tests, the degree of changes in the supply voltage of the inverters on the operation of the concentrator and the shape of the output voltages were assessed.

• [art. 16]: Wojciech Jurczak, Dawid Stawiarski, Kamil Zygmunt    

  Metoda analizy rozpływu prądu w baterii kondesatorów pośredniczącego obwodu DC przemiennika częstotliwości

  A method of analyzing the current sharing in the capacitor bank of the intermediate DC circuit in the variable frequency inverter

  W artykule autorzy zaprezentowali wyniki analizy rozpływu prądów w pośredniczącym obwodzie DC przemysłowego przemiennika częstotliwości wykorzystującego modulację szerokości impulsu PWM. Wykonana analiza bazuje na zbudowanym modelu symulacyjnym wykonanym z użyciem oprogramowania Ansys Q3D oraz Ansys Simplorer. Model pośredniczącego obwodu DC zawiera osiem kondensatorów elektrolitycznych. Kondensatory połączono w cztery równoległe gałęzie zawierające po dwa szeregowo połączone kondensatory każda. Całość skręcona została za pomocą nisko indukcyjnych połączeń miedzianych typu busbar. Autorzy opisali metodę wyznaczenia parametrów pasożytniczych kondensatorów, a także wyniki symulacji pośredniczącego obwodu DC. Dodatkowo model zweryfikowano przy użyciu wyników uzyskanych podczas badań laboratoryjnych.

  In the article, the authors presented the results of an analysis of current sharing in an intermediate DC circuit used in industrial variable frequency inverters with Pulse Width Modulation (PWM) techniques. The analysis conducted is based on a simulation model created using Ansys Q3D and Ansys Simplorer software. The DC link circuit model contains eight electrolytic capacitors. Capacitors were connected in four parallel branches, with two capacitors connected in series in each branch. The entire configuration is assembled using low-inductance copper busbar connections. The authors described the method for determining parasitic capacitor parameters, along with the simulation outcomes of the DC link circuit. Furthermore, the model was validated using results obtained from laboratory experiments.

• [art. 50]: Łukasz Ciepliński, Michał Gwóźdź, Adam Gulczyński    

  Zasilacz sieciowy z przestrajalnym filtrem indukcyjnym i funkcjonalnością aktywnej kompensacji równoległej

  Power supply with tunable inductive filter and active parallel compensation functionality

  W pracy zaproponowano metodę aktywnej kompensacji równoległej, realizowanej za pomocą zasilacza sieciowego prądu stałego. Nowym aspektem pracy zaproponowanego układu jest zastosowanie przestrajalnego filtra indukcyjnego, umieszczonego na wejściu sterowanego źródła prądu, będącego podstawowym blokiem funkcjonalnym zasilacza. Zastosowanie przestrajalnego filtra indukcyjnego zwiększyło pasmo przenoszenia źródła a jednocześnie, w quasi-ustalonym stanie pracy układu, wartość składowej modulacji impulsowej (PWM) prądu wejściowego źródła pozostała na minimalnym, zakładanym poziomie. W pracy omówiono budowę systemu elektrycznego z zasilaczem i zasady jego działania a także, przedstawiono wyniki badań modeli symulacyjnego i laboratoryjnego układu.

  This work proposes a method of active parallel compensation, which can be implemented using a DC power supply. The second novel aspect of this work is the use of a tunable inductive filter, which is included at the input of the controlled current source. The use of a tunable inductive filter increases the bandwidth of the current source, while at the same time, in the quasi-steady state of the power supply operation, the carrier component (PWM) of the output current of current source remains at a minimum assumed level. The work discusses the design of the electrical system with the proposed power supply and the operating principles of this system and presents the results of simulation and laboratory model tests.

Uwaga: Kolorem niebieskim zaznaczono referaty zgłoszone do konkursu na Najlepszego Młodego Autora Sene 2023.