This paper presents a conceptual design approach of air-cored synchronous machine with high temperature superconductor (HTS) field winding. With a given configuration of a target machine, boundary conditions are set in the cylindrical coordinate system and analytic field calculation is performed by solving a governing equation. To set proper boundary conditions, current distributions of the field winding and the armature winding are expressed by the Fourier expansion. Based on analytic magnetic field calculation results, key machine parameters are calculated: 1) inductance, 2) critical current of field winding, 3) weight, 4) HTS conductor consumption, and 5) efficiency. To investigate all potential design options, 6 sweeping parameters are determined to characterize the geometry of the machine and the parameter calculation process is performed for each design options. Among design options satisfying constraints including >80 % critical current margin and >95 % efficiency, in this paper, a first-cut design was selected in terms of overall machine weight and HTS conductor consumption to obtain a lightweight and economical design. The goal is to design a 5-MW machine by referring to the same capacity machine that was previously constructed by another group. Our design output is compared with finite element method (FEM) simulation to validate our design approach.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.6
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pp.471-480
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2022
Inductive power transfer (IPT) is an attractive power transmission solution that is already used in many applications. In the IPT system, optimal coil design is essential to achieve high power efficiency, but the effective design method is yet to be investigated. The inductance formula and finite element method (FEM) are popular means to link the coil geometric parameters and circuit parameters; however, the former lacks generality and accuracy, and the latter consumes much computation time. This study proposes a novel coil design method to achieve speed and generality without much loss of accuracy. By introducing one-turn permeance simulation in each FEM phase combined with curve fitting and optimization by MATLAB in the efficiency calculation phase, the iteration number of FEM can be considerably reduced, and the generality can be retained. The proposed method is verified through a 100 W IPT system experiment.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.11
no.4
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pp.23-28
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1974
One of the consistent nuisances in accurate design of circuits containing coils with core is how to take into account the frequency dependence of Q of actual coils. The conventional equivalent circuit consisting of an inductance and a series (constant) resistance and possibly a parallel (constant) capacitance is of little use in this situation since the core loss itself is strongly dependent on the frequency. In order to circumvent this difficulty, in this paper, a mathematical expression for Q of a given core as a function of inductance and frequency is first assumed and parameters in this expression are optimiged so as to best fit the data provided by the core manufacturer or obtained experimentally. This expression is then utilized in accurate calculation of the frequency response of a given circuit required in the optimal design of circuits containing coils. In other words the proposed approach is an effective combination of an approximate expression of coil's Q and circuit optimisation technique, which seems to have solved, to a great extent, the stated difficulty associated with actual coils. As for the optimization technique, ths Fletcher-Powell procedure was employed and one example was given to illustrate the proposed approach.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.12
no.5
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pp.857-862
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2008
This paper evaluate the performance using a simulated 490KHz narrow band filter based on characteristic parameters appropriately extracted from 490KHz band-pass filter after considering each characteristic, which is modeled on equivalent circuit and applied to NAVTEX receiver using crystal oscillator. The evaluation results show that the value of a series capacitor of crystal oscillator has only little capacity by Cs=21.094fF and the bandwidth characteristics of filter go worse as the capacity value of crystal oscillator grow increase. Moreover, the series inductance value of crystal oscillator has a relatively big value by L=5H, therefore the bandwidth characteristic according as inductance's capacity shows more little effect than the capacity.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.48
no.5
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pp.241-248
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1999
Recently, many linear motion generators and motors are rapidly finding applications that ranges from short stroke linear motion vibrators, such as dynamic cone type loudspeakers to stirling engine driven linear reciprocating alternators, compressors, textile machines etc. The stroke-length may go up to 2m, and the maximum speed is in the range of 5 to 10m/s with oscillating frequency as high as 15 kHz. Therefore, the linear oscillating actuators(LOAs) may be considered as variable speed drivers of precise controller with stoke-length and reversal periods during the reciprocating motion. In this paper, the design, fabrication, experiments, and extraction of control parameters of a moving coil type LOA for driving of linear reciprocating motion control systems, are treated. The actuator consists of the NdFeB permanent magnets with high specific energy as the stator produced magnetic field, a coil-wrapped nonmagnetic hollow rectangular bobbin structure, and an iron core as a pathway for magnetic flux. Actually, the design is accomplished by using FEM analysis for the basic configuration of a magnetic circuit, and characteristic equations for coil design. In order to apply as the drivers of a linear motion reciprocating control system, the control parameters and circuit parameters, such as input voltage-stoke, exciting frequency-stoke, coil inductance and so on, are extracted from the analysis and experiments on concerning a fabricating LOA.
Elsayed, Mohamed Taha;Mahgoub, Osama Ahmed;Zaid, Sherif Ahmed
Journal of Power Electronics
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v.12
no.1
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pp.136-144
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2012
In this paper, the different techniques for the field weakening, also known as constant power speed range (CPSR) operation, for permanent magnet synchronous motor (PMSM) will be introduced and analysed. Field weakening of PMSM, can be done using either vector control (VC) or conventional phase in advance (CPA). Implementation of these techniques depending on some features and constrains. Most of these features and constrains came from the motor parameters. One of these constrains is the motor inductance which determining whether the motor can be driven in the CPSR or not. A new approach for the field weakening will be discussed and to be verified to overcome this constrain. The new approach will be verified through both techniques VC and CPA.
Power converter design requires simulation accuracy. In addition to the requirement of accurate models of power semiconductor devices, this paper highlights the role of considering a very good description of the converter circuit layout for an accurate simulation of its electrical behavior. This paper considers a simple experimental circuit including one switching cell where a MOSFET transistor controls the diode under test. The turn-off transients of the diode are captured, over which the circuit wiring has a major influence. This paper investigates the necessity for accurate modeling of the experimental test circuit wiring and the MOSFET transistor. It shows that a simple wiring inductance as the circuit wiring representation is insufficient. An adequate model and identification of the model parameters are then discussed. Results are validated through experimental and simulation results.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2002.02a
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pp.326-329
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2002
The dc reactor type superconducting fault current limiter is composed of a power converter, magnetic core reactors and a do reactor that is a superconducting coil. When a fault occurs, the dc reactor maintains the stability of system by limiting its fault current. In this study, we focus on the design of the dc reactor using FEM(Finite Element Method). In order to design it, various elements should be considered such as magnetic field intensity, Lorentz's force, its inductance and so forth. Firstly, we forecast the values of those elements from the simulation of FEM and then measured with a copper wire magnet. Finally, verify the reliability of this FEM method by comparing with two results.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.1
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pp.23-33
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2002
A hysteresis control is widely used to control output current of inverter. A hysteresis bandwidth is affected by system parameters such as source voltage, device on/off time, load inductance and resistance. The frequency limiter is used to protect switching devices overload. In the conventional hysteresis controller, a lock-out circuit with D-latch and timer is used to device protection circuit. But switching delay time and harmonic components are appeared in output current. In this paper the performance of lock-out circuit is tested, and new circuit for switching device fault protection is proposed ad it's performance is simulated.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.6
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pp.1099-1104
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2007
A 1:6 Unequal 2-way Wilkinson power divider is proposed. The required microstrip line with $207{\Omega}$ characteristic impedance for 1:6 power divider is realized by adding defected ground structure (DGS) to the standard microstrip line. The adopted DGS has the rectangular geometry which results in the increased characteristic impedance. The rectangular-shaped DGS produces the transmission line having much higher characteristic impedance due to the increased equivalent inductance. The measured performances of the fabricated 1:6 power divider show the expected S-parameters with a good agreement with the predicted ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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