This paper deals with the design, wind tunnel testing, and performance analysis of small wind turbines targeting low-power applications. Three different small-size blade designs in terms of size, shape, and twisting angle are considered and tested. We conduct wind tunnel tests while measuring the angular speed of the rotating blades, the generated voltage, and the current under varying resistive loading and air flow conditions. An electromechanical model is also used to predict the measured voltage and power and verify their consistency and repeatability. The measurements are found in qualitative agreement with those reported in previously-published experimental works. We present a novel methodology to estimate the mechanical torque applied to the wind turbine without the deployment of a torque measuring device. This method can be used to determine the power coefficient at a given air speed, which constitutes an important performance indicator of wind turbines. The wind tunnel tests revealed the capability of the developed wind turbines to deliver more than 1225 mW when subject to an air flow with a speed of 7 m/s. The power coefficient is found ranging between 26% and 32%. This demonstrates the aerodynamic capability of the designed blades to extract power from the wind.
A predictive functional control (PFC) scheme for permanent magnet synchronous motor (PMSM) servo systems is proposed in this paper. The PFC-based method is first introduced in the control design of speed loop. Since the accuracy of the PFC model is influenced by external disturbances and speed detection quantization errors of the low distinguishability optical encoder in servo systems, it is noted that the standard PFC method does not achieve satisfactory results in the presence of strong disturbances. This paper adopted the Kalman filter to observe the load torque, the rotor position and the rotor angular velocity under the condition of a limited precision encoder. The observations are then fed back into PFC model to rebuild it when considering the influence of perturbation. Therefore, an improved PFC method, called the PFC+Kalman filter method, is presented, and a high performance PMSM servo system was achieved. The validity of the proposed controller was tested via experiments. Excellent results were obtained with respect to the speed trajectory tracking, stability, and disturbance rejection.
The spindle with a built-in motor can be used to simplify the structure of machine tool system, while the rotor has unbalance mass inevitably. A high-speed spindle can be very sensitive to rotating mass unbalance which has harmful effect on many machine tools. Therefore, the balancing procedure to reduce vibration in rotating system is certainly needed for all high-speed spindles. So, it was performed with a spindle-bearing system for CNC automatic lathe by using numerical procedure. The spindle is supported by the angular contact ball bearings and the motor rotor is fixed at the middle of spindle. The spindle-bearing system has been investigated using combined methodologies of finite elements and transfer matrices. The balancing was performed through influence coefficient method and the comparison was made by whirl responses between before balancing and after balancing. As a result, balancing of simple spindle model reduced whirl orbit magnitude in case of a completely assembled spindle model.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제2B권3호
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pp.125-132
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2002
PMSMS (permanent magnet synchronous motors) are widely used in industrial applications and home appliances because of their high torque to inertia ratio, superior power density, and high efficiency. For high performance control, accurate informations about the rotor position is essential. Sensorless algorithms have lately been studied extensively due to the high cost of position sensors and their low reliability in harsh environments. A novel position sensorless speed control for PMSMs uses indirect flux estimation and is presented in this paper. Rotor position and angular velocity are estimated by the proposed indirect flux estimation. Linkage flux and magnetic field flux are calculated by the voltage equations and the measured phase current without any integration. Instead of linkage flux calculation with integral operation, indirect flux and differential magnetic field are used for the estimation of rotor position. A proper rejection technique fur current noise effect in the calculation of differential linkage flux is introduced. The proposed indirect flux detecting method is free from the integral rounding error and linkage flux drift problem, because differential linkage flux can be calculated without any integral operation. Furthermore, electrical parameters of the PMSM can be measured by the proposed TCM (time compression method) for soft starting and precise estimation of rotor position. The position estimator uses accurate electrical parameters that are obtained from the proposed TCM at starting strategy. In the operating region, a proper compensation method fur temperature effect can compensate fir the estimation error from the variation of electrical parameters. The proposed novel position sensorless speed control scheme is verified by the experimental results.
In order to provide basic data to increase the efficiency and stability of seamanship at anchoring, the characteristics of the hull motion including dragging anchor due to external forces were observed at Mokpo and Jinhae anchorage for the avoidance of the typhoon. As a result, it is necessary to check the embedding motion and holding power of the anchor according to at initial position to decrease dragging anchor. Dragging anchor at anchorage seems to have been easily caused according to discrepancy between embedded anchor flukes and the towing direction due to the change in wind direction, rather than the wind speed. This discrepancy, thus, should be considered when anchoring. This test vessel with a small radius of curvature of the stem is relatively vulnerable to the influence of wind direction and wind speed, so it is easy to cause a decrease in the holding power due to an increase in the rate of turn. When the current speed is greater than or equal to 1 knot, the range of the rate of turn is reduced resulting in a relatively increased holding power. In addition, during the swing, the tension of the chain was high according to the angular velocity change of heading at three-quarters of the swing length rather than the left and right ends.
The purposes of this study were to determine the influence of midsole hardness and sole thickness of sports shoes on ball flex angle and position with increment of running velocity. The subjects employed for this study were 10 college students who did not have lower extremity injuries for the last one year and whose running pattern was rearfoot striker of normal foot. The shoes used in this study had 3 different midsole hardness of shore A 40, shore A 50, shore A 60 and 3 different sole thickness of 17cm, 19cm, 21cm. The subjects were asked to run at 3 different speed of 2.0m/sec, 3.5m/sec, 5.0m/sec and their motions were videotaped with 4 S-VHS video cameras and 2 high speed video cameras and simultaneously measured with a force platform. The following results were obtained after analysing and comparing the variables. Minimum angle of each ball flex position were increased with the increment of running velocity and shoe sole thickness(P<0.05), but mid-sole hardness did not affect minimum ball flex angle. The position which minimum angle was shown as smallest was 'D'. Midsole hardness and sole thickness did not affect time to each ball flex minimum angle, total angular displacement of ball flex angle, and total angular displacement of torsion angle(P<0.05). The position which minimum angle was appeared to be earliest was similar at walking velocity, and E and F of midfoot region at running velocity. Total angular displacement of ball flex position tended to increase as shifted to heel. It was found that running velocity had effects on ball flex angle variables, but shoe sole thickness partially affected. It would be considered that running velocity made differences between analysis variables at walking and running when designing shoes. Also, it was regarded that shoes would be developed at separated region, because ball flex angle and position was shown to be different at toe and heel region. It is necessary that midsole hardness and thickness required to functional shoes be analyzed in the further study.
In the ball milling process of ceramic powders, according to economic considerations for industrial applications, it is very important to quickly determine the optimum process condition with the maximum grinding efficiency. However, it is still difficult to determine the optimum condition for a ball mill with respect to the various process parameters, such as the rotational speed and the milling time. Ball milling was carried out at the same starting conditions with given amounts of alumina powders, balls and water, and was conducted slower or faster or a critical rotational speed was just determined by observing the angular position of the slurry in a semi-translucent polyethylene laboratory container. With respect to the different rotational speeds, which were slower or faster than the critical rotational speed, the particle size distribution of the grained powders and the acoustic intensity caused by cascading of the balls led to various behaviors. From the results of the particle size distribution and the acoustic signal analysis in the ball milling, there was one rotational speed that made the finest milled powder with maximum acoustic intensity. As a result, there was a correlation between the ground particle size and the acoustic intensity, which yields the interpretation that it can be possible in-situ to determine the optimum condition of ball milling by acoustic signal without repeated measurement efforts.
This case study presents a practical method to reduce resonant vibration of large vertical pumps. The pumps are driven at 400 rpm rated speed by induction motor. The vibration was not significantly large when operated at this rated speed. Large vibration was occurred when the pump was operated below the rated speed for flow control. Due to the large vibration resonance, variable speed operation of the pump was not possible for several months at worst cases. To find an efficient vibration control method, the flexural responses of pumps for both normal and transient operations were measured. The measured modal characteristics were compared with those of finite element analysis. When the pump was operated at a specific rpm, the natural mode whose resonance frequency is twice the rotating angular speed induced the large vibration. The retrofit utilizing stiffeners to reduce this resonant vibration were performed. Effects of designed stiffeners on reducing vibration were validated through tests after actual installation.
We have made a comprehensive statistical study on the coronal mass ejections(CMEs) associated with helmet streamers. A total number of 3810 CMEs observed by SOHO/LASCO coronagraph from 1996 to 2000 have been visually inspected. By comparing their LASCO images and running difference images, we picked out streamer-associated CMEs, which are classified into two sub-groups: Class-A events whose morphological shape seen in the LASCO running difference image is quite similar to that of the pre-existing streamer, and Class-B events whose ejections occurred in a part of the streamer. The former type of CME may be caused by the destabilization of the helmet streamer and the latter type of CME may be related to the eruption of a filament underlying the helmet streamer or narrow CMEs such as streamer puffs. We have examined the distributions of CME speed and acceleration for both classes as well as the correlation between their speed and acceleration. The major results from these investigations are as follows. First, about a quarter of all CMEs are streamer-associated CMEs. Second, their mean speed is 413 km $s^{-1}$ for Class-A events and 371 km $s^{-1}$ for Class-B events. And the fraction of the streamer-associated CMEs decreases with speed. Third, the speed-acceleration diagrams show that there are no correlations between two quantities for both classes and the accelerations are nearly symmetric with respect to zero acceleration line. Fourth, their mean angular width are about $60^{\circ}$, which is similar to that of normal CMEs. Fifth, the fraction of streamer-associated CMEs during the solar minimum is a little larger than that during the solar maximum. Our results show that the kinematic characteristics of streamer-associated CMEs, especially Class-A events, are quite similar to those of quiescent filament-associated CMEs.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권7호
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pp.722-728
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2015
2013년 1월 1일 이후 발효된 선박 에너지효율관리계획(SEEMP) 규정에 따라 선박에서는 점차 에너지관리에 대한 요구가 증가되고 있다. 이에 따라, 선박의 에너지 사용에 가장 많은 부분을 차지하는 주기관의 연료 사용량 및 출력과 관련된 요소들이 엄격하게 모니터링 되어 질 필요가 있다. 현재 주기관 출력을 모니터링 및 확인하기 위한 많은 장치들이 개발되어 적용되고 있으나 본 연구에서는 저렴하고 장치가 쉬운 각도센서인 엔코더(encoder)를 이용하여 주기관의 출력상태를 실시간으로 파악하기 위한 실험을 하였다. 실제 운항 중인 두 선박의 주기관에서 엔코더와 근접센서를 이용하여 한 사이클 동안의 각속도 변동을 계측하고 이 데이터 값을 토크 변동으로 계산하여 주기관의 토크변동 상태를 조사하였다. 또한, 실린더의 이상 연소 시 발생하는 각속도 변화를 측정하여 착화 실패에 따른 토크 변동을 조사하고 실험의 신뢰성을 확보하기 위해 해상시운전 데이터와 비교하였다. 본 연구를 통해 저렴한 장치를 이용하여 실시간 출력상태를 파악할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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