Int ern at i onal  Journ al of  P ower   El ectr on i cs a n Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 Septem be r 2020 , pp.  1211 ~ 1219   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp 1 2 1 1 - 1219          1211       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Effect  analysis  of resi dual magn etism  availabilit y le ve l  on th success o f voltage  genera tion pr ocesses in  self - excite d inducti on  generat ors       Ref din al  N azir ,   Sya fii,  An di  Paw awoi ,   F aj ri l Akbar ,   Yudi  A r fa n   Depa r tment  o E le c tri c al E ngin eering,   Anda la s U nive rsity ,   Indon e sia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   N ov   1 6 , 201 9   Re vised  Feb   4 ,  20 20   Accepte Apr   26 , 20 20       The  voltage   ge ner ation  pro ce s is  a   v ery   cr uci a ini t ia l   sta ge  for   th e   succ essful  op er at ion   of  the   s elf - exc i te d   induct ion  gen erator  ( SEIG).  Th ava i la bi li ty   of   r esidua l   m agne t ism  and   th ade q uac o exc i ta t i on  ca p acitor   val ue   ar fa ct ors   that  de te r mi ne   t he  succ ess  of  th vol ta ge   gen erati on  pro ce ss   on  the  SEIG.   T his  pap er  ana l y z es  the  eff e ct  of  the   availa b il i ty  of  residu a l   ma gne ti sm on   th rotor's  ma gn et i cor e. With a  si mpl e   appr oa ch, the  t erm in al   volt ag on   the  SEIG  c an  be   s olve d   through   t he  int e rsec t ion   bet wee n   the  ma gne ti z at ion   c urve   (Xm)   and   the  ex ci t at ion   c urve   (X ce ) .   The   shape   and  equa t ion  of   the  ma gne ti z at ion   c urve   wil b aff ec t ed  by   the  av ai l abi lity  of   residua l   m agne t i sm.  The  ch ange i r esidua l   m agn et ism   av ai l abi l ity  will c ause   ch ange  in  the  i nte rsec ti on  po int  bet we en  the   magnetiza t ion  cur v (Xm)  and   the  excitation   c urve   (Xc e),  wh ic h   will  de te rm ine  the  va lue  of  voltage   gene ra te by   th gen era tor .   In   thi study,  New ton  Rhapson's  me thod  wi th  nume ri ca itera t i on  appr oac h   has   bee used  to  an al yz the  eff ec of  cha nges   in  the  avail abi l ity  of  residual  m a gnet ism  on   the  succ e ss   of  vol ta g gen era t ion   on  th e   SEIG.   T he  analysis  resu lt h ave  be en   show that   the  av ai l abi lity   of   residua l   m agneti sm  with   residu al  voltage   v al ues   bel ow  1 . 04   Volt   will  ca use   the   f ai lur of  the  SEIG  to  gen erate   th t erminal  v olt ag a i ts  nom ina v al u e.   M ea nwhile,  the  availa b il i ty  of   residua l   ma gn etism  in   SEIG  with  r esidua l   volt ag va lue a bove  1. 04   Volt ,   will   suc ceed  in   gene ra ti ng   te r minal  vo lt ag e   at   i ts  nomi n al   v al ue .   For  SEIG  used  as  the  object  of  thi study,   the   va lue  of   Ere s =   1. 04   Volt   is a c r it i cal  va lu of the   av ai l abi l it of   residu al   m agne t ism.   Ke yw or d s :   Excit at ion  c urv e   M a gn et iz at ion  curve   Re sidu al  m ag ne ti sm   SEIG   Vo lt age  g e ne ra ti on   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Re fd inal  Nazir   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  En gi neer i ng,   Andalas  U niv e rsity, I ndonesi a   Jal an Dr.  M oh ammad  H at ta   Pada ng 25 163, I ndonesi a .   Emai l:   refdinal nazir@ ya hoo.c o. id       1.   INTROD U CTION   Currentl y,  the  app li cat io of  i nductio gen e r at or i po wer   plants  is  in crea sing l ri valing  the  us e   of   sy nc hro nous  ge ner at or s espe ci al ly  in  small   scal power   pl ants  that  are  dri ven   by   renew able  ene rgy  s ources ,   su c as   micr o hyd ro  po wer  pl ants, w in po w er,   biomass   po wer,  et c.   [ 1 - 4].   This   is  m ai nly  due  t t he  i nduction  gen e rato (s quirrel - ca ge  ro t or)   has   num be of  ad va ntag es  ove s ynch r onous  ge ner at or s i nclu ding:  str ong  and  sim ple  r ot or  co ns tr uctio n,  mi nimal  mai ntena nce,   sim pl operati on,   ha the   abili ty  t sel f - protect ion.  In  add it io n,   i nduc ti on   gen e rato rs  are   m or r esi sta nt  to  ha r monic  cu rr e nt ge ner at e by  non - li nea l oads  or   el ect ro nic  lo a co ntr ollers  ( ELC)  [ 5 - 8].  T her a re  op erati ng   patte r ns  of   i nductio gen e rato rs  a ppli ed,   namely:  opera ti on   as  a   s ta nd - al on e   ge nerat or   a nd  ope r at ion   as  a   ge ner at or   c onne ct ed  to  t he  gri [ 3,9] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 11     12 19   1212   The  operati on  of  sta nd - al one  in duct io ge ner at or ,   bette known   as  t he   Self - Excit ed   I nductio Ge ner at or  (S E IG),  is   ge ne rall us e in   small - scal po wer  pla nts  in   off - gr i a reas .   W hile  the  op erati on  of  i nduction  gen e rato rs   wit gr i d - c onnect ed  patte r ns   is   gen e rall ap plied  t t he  distr ibu te gen e rati on  ( D G)  in   on - gri areas.  The  stu dy in  this  pa per   is fo c us e t a nalyze t he o perat ion   of SE IG.   Be sides  the  rot at ion   of  the   pr ime  move r,   there  a re  tw var ia bles  that  determi ne  the  su ccess  of     the  S EI ope rati on,  namel y:   the  a vaila bil it of   the   res idu al   mag neti sm  at   the   ti me  of   init ia ti on  an   the  ade quacy   of  the  reacti ve  powe durin t he   excit at ion   pr ocess.  The   rea ct ive  powe ne eds  of   t he  in du ct ion   gen e rato a re  use to   ge ne rate  ma gn et ic   fiel in  t he  ai ga p,   w hich  is  nee ded  to  pro du c e   the  in duced   volt age   [10]. I S EI G, the  r eact ive po wer  re quireme nts  a re  s upplie from   the   e xcita ti on   ca pacit or, which   is  c onnected   in  par al le wit t he  ge ner at or  te r minal.   Th avail abili ty  of  resid ual  ma gnet ism  i the   i ron  c ore  of  the   SE IG   ro t or   is  abs olut el necessar to  ge ner at the   init ia vo lt age  of   the  gen e rat or   ( E res ),   a nd   t hen   as  tri gg e f or     the  init ia e xcita ti on   cu rr e nt  ( I e0 [ 11] The   unavail abili ty   of   resi du al   ma gn et ism  or   the   re du ct io in   it value   lowe t han  th crit ic al   value   will   cause   t he  f ai lure  of  t he  vo lt age  gen e rati on  proces i th SE IG.   The   va lue  of  resid ual  ma gne ti sm  avail abili ty  in   the  SEIG  can  be  c hange   du e   to  short  ci rcu it   fa ul t,  e xtr reacti ve  l oad,  an it s o pe rated  at  it s cr it ic al  p oi nt [12,1 3].    The  e ff ect   of  t he  a vaila bili ty  of  resi du al   ma gn et ism   on   the   su cce ss  of  vo l ta ge  gen e rati on  on  S EI is   analyze in   th is  pa pe r.  G ra phic al ly,   the   ge ner at io of   S EIG  te r minal   vo lt age at   n omi nal  value can   be   determi ned   fro the  intersect ion   betwee th mag netiz at ion   cu rve  ( X m a nd   t he  excit at ion   c urve  ( X ce [14] .   The  ma gnet iz at ion   cu r ve  eq ua ti on   will   be  a ff ect ed  by  the  avail abili ty  of   the  resid ual  m agn et ism w hile  the   excit at ion   cu rve  eq ua ti on  is   de te rmin e by  t he  value   of  th excit at io ca pacit or.  T he   c hange   in   the   r esi du a l   mag netism  a va il abili ty  will   c ause   c ha nge  in  th i ntersect ion  poi nt  betw een  t he   ma gn e ti zat ion   c urve   ( X m and   t he  excit at ion   c urve  ( X ce ) w hich  will   de te rmin the  a m oun of  volt age   gen e rated  by   t he  ge nerat or.  I this   study,   New t on  Ra ph s on's   met hod  with   a   numerical   a ppr oa ch  is   a pp li ed   t anal yze   the   ef fect  of  c hanges   in   the   avail abili ty of  resid ual ma gne ts o n vo lt age  generati on  by S EIG.       2.   THE  PROCE SS  O VOLT AGE  GENE R ATIO N   O N S EIG   In  the   in duct ion  gen e rato connecte t the  gr i d,  the   vo lt age   gener at ion   proces s   can   occur   immediat el w hen  the   ge ner a tor  is  pa rall el ed  to   the   gri d.  This  happe ns   because   the   re act ive  po wer   ne eds  fo r   the  excit at ion  process  a re  dir ect ly  pro vid e by   t he  gr i sys te m.  U nlike  th inducti on  ge ner at or   c onnec te to   the  gri d,  the   re act ive  pow er  s upply  in  t he  S EIG  is  ob ta ine from  t he  e xc it at ion   capaci t or.  And  t he  e xc it at ion  process  i S E IG   be gin s   wit the   avail abil it of  re sid ual  mag netism  i it ro t or.  T he r ef or e the   vol ta ge   gen e rati on  pro cess  in   SE IG  c an  be  bro ke dow int t wo  sta ges,  namel y:  s yn c hro nous  operati on  sta ge  a nd  asy nchron ous  op e rati on sta ge  [15 - 17 ].     2.1.   Synchro nous  mod e  o p era tio n   The  e xcita ti on  process  at   the   sy nc hro nous   op e rati ng  m ode  sta ge  is  tr igge red   by   t he  av ai la bili ty  of   resid ual  ma gnet ism  in  the  S EIG.  T he  avai la bili ty  of   residu al   ma gnet ism  can  be  c hec ked   from  t he  vo lt age   gen e rated   at   th machi ne  te r minals  it   caus ed.   M eas urem ent  of  t he  mac hin te rmin al   vo lt age   cau sed   by  th e   resid ual  ma gnet ism   is  perfor med  i the  c onditi on   t hat  the  machine   has   not  bee c onne ct ed  to  the  e xc it at ion  capaci tor  a nd  it ro to is  r otate in  s yn c hr onous  r otati on as  sho wn  in  fig ur 1.   T he  value  of   t he  volt age  gen e rated   by  t he  resid ual  ma gn et ism   in  t he   sta tor   is  pr opor t io nal  to   the   resid ual  ma gn et ism  de ns it and  the   numb e of  r otor  r otati on Fi gure  2b.  sho ws  the  wa veform  of   the  te rmin al   vo lt age  due  to   resid ual  mag ne ti sm   for  mac hin es  us e as  stu dy  ob je ct a nd   ro t at ed  at   synch r onous  r otati on.   The  re sid ual  mag netism  is  f orm ed   because   of  the   ma gn et iz in process   that   ha be en   car rie out  befor e   t he  machi ne  is   op e rated as   s how i fig ur e   2.  For  ge ner at or s t he  mag netiz ing  pr ocess   is  usual ly  im pleme nted   unti it   reac he the   fl ux  sat urat ion   value   ( ψ s ).  W hen  the   ma gne ti zat ion   cu r re nt   is  re du c ed   to   zer o,  the re  is  sti ll   mag netic   flu sto red  on  t he  mag netic   c or e   of  mac hin e   ro t or.  T he   re main ing  fl ux  in   the   ma gn et ic   co re   is  know as   t he  rema ne nce  flu ( ψ r ) T he  co m par is on   betwe e the  m ag nitu de   of   t he  re man ence  fl ux   with  the  sat ur at i o f lux   is  known  a the  rema nen ce   fac tor  ( K r [ 18].   The  rema ne nc facto value   of  a in duct ion  ge ne rato i deter mine by  th e   mag netic   c or e   mate rial   use [ 19 - 21].  T he  m agn it ude   of   th ma gn et iz at io c urre nt  will   aff ect   t he  a moun t   of   resid ual  ma gn e ti sm,  w hich   a ut om at ic al ly  al so   af fects  th m agn it ude  of  vol ta ge  that  it f or ms.  Fi gure  s how s   the  va riat ion   be tween  the  ma gn et iz at io cu r ren I m   a nd   t he   vo lt age  ge nerat ed  at   the  ma chine  te r minal  du t resid ual  ma gn et ism  E res As   this  fi gure  s ho ws,  the   ma gn it ud e   of  volt age   due  t t he  re sidu al   mag neti sm  is   pro portion al  t o t he  ma gnit ude  of c urren t i nject ed  into  one  of the  phase  windin gs   of mac hin e stat or.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  a naly sis  of resid ual m agnetis m ava il abil it le vel  o t he  s uccess  o f v oltag e    ( Ref di na l N az ir )   1213       (a)   (b)     Figure  1. V oltage  du e  to  t he  i nductio n of res idu al  ma gnet ism  (a e qu i vale nt  ci rc uit ( b)   volt age  wav e f orm             Figure  2. The   process  of  for ming resi du al   mag netism     Figure  3. M a gne ti zi ng   cu rr e nt  ( Im ) ver su s   th e volt age  du e  to resi dual   mag netism  (Eres)       2.2.   Asynchr onous  Mode  Oper ati on   The  as ynch ronous  operati ng  m ode  of  SEIG  in  t he   vo lt a ge  ge ne rati on   proces sta rts  after     the  e xcita ti on  capaci tor   (Ce)   is  co nnect ed   on  t he   ge nerat or  te r minal.   T he   SE IG  e quival ent  ci rc uit  i t he  no - load  c onditi on  and the a sync hro nous o pe rati ng m od e  is s hown in Fi gure  4.   In   no - l oad   c on diti on s the  r oto c urre nt  is  ve ry   s mall   an c an  be  ig nore d.   In   t his  co ndit io n,   t he  r otor   ci rcu it   branc becomes  a open  ci rc uit,  s t hat  the  e quival ent  ci rc uit  of  S EIG  can   b e   simpli fied   as  s how i Figure  4b.  I t his  ci rc uit,  I m   I s   I e   ap plies.  T he  ai r   gap  vo lt age   c urve  ( E g a a   f un ct ion   of  I m   is  obta ined   from   the   sat ur at ion   te st   res ul ts.  T he  te r min al   volt age  c ur ve  ( V t )   as   f unct ion  of  I m   c an  be   so l ved  t hro ugh     the  f ollo wing e qu at io n:     2 s m 2 s m g t ) ( ) ( R I X I E V + + =   (1)     Figure   s how the   relat ion s hi betwee the   ma gnet iz at ion  cu r ve  ( X m )   a nd  t he   excit at io c urve   ( X ce in  the   volt age   gen e rati on  pro cess  of  SE IG.  M a gn et iz at ion  curves   can   be   expresse i te rms  of  ai r   gap  vo lt ag ( E g ve rsus  ma gn et iz in c urr ent  ( I m or  te r minal  vo lt age   ( V t )   ve rs us   m a gn et iz in c urr ent  ( I m ),  as  show i Figure   5a For   the   same   ma c hin e,   th i niti al   valu of  the   mag netiz at ion  curve   will   c ha ng e   acc ordin to  the  value of  t he  vo lt age g ene rated  d ue  t re si du a l magn et ism .  The e xcita ti on   curve is a li nea cu rv with c ha ng e directl pro por ti on al   to   the   e xcita ti on   react ance  ( X ce )   or  inv e rsely   propo rtion al   to  t he  e xcita ti on   ca pac it ance   ( C e ).   T he  vo lt age  ge ne rati on  process  i S EIG   ca be  c omplet ed  f r om  the  in te rsecti on   of  the  ma gnet iz ing  curve  with  t he  excit at ion   cu r ve   [15,22],  as  s how in  Fig ur 5b.  The  po i nt   of   intersect io of  these  tw curves  can  occ ur  in   th re gion  of  sat ur at io n,  li near  or  init ia re gion.   The   vo lt age   gen e rati on  pro cess  is  cl ai me to  be   su c cess fu i th intersect io of  the  t wo  cu r ves  occ ur s   in  t he  sat ur at io r egio n.   If  the   two  cu r ves  inte rsect  in  a   li near   reg i on,  i ntersecti on  will   occ ur  at   ma ny  po i nts,  w hich  tri gg e rs  t he  volt age  ge ner at i on  pr ocess  t be come   un sta ble.  M ean wh il e,  if  t he  in te r sect ion   occ urs  in  the  i niti al   area,  the the  gen e rato will   on l ge ne rate  ver small  volt age.         jX s R s jX m E r e s E g V t I m I s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 11     12 19   1214       (a)   (b)     Fig ure   4. The   SEIG e qu i valent circ uit o th e asy nc hrono us o per at in g mo de   (a)   e quivale nt circ uit o n no load   conditi ons, (b ) si mp li fied  eq ui valent circ uit           (a)   (b)     Figure   5 .   The  re la ti on sh i p between  the  mag ne ti zat ion  curve  ( X m )  and t he  e xcita ti on  c urve  ( X ce )  in  t he vo l ta ge  gen e rati on  pro cess of S EI G.   ( a)  ma gnet iz ing cu rv e  in  te r ms   E g   an V t   ( b)  i ntersecti on  of the ma gnet iz at ion  curve  with se ve ral exc C ur ve s       3.   ANALY SIS   A ND EXPE RI MENT AL SE T - UP   3.1.   Analy sis   As  disc us se i se ssio 2.2,  the  process   of   volt age   ge ne r at ion   at   the   S EIG  ca be   simply   s olv e from  t he  inter s ect ion   betwee n t he  ma gnet iz at ion  c ur ve ( X m ) a nd the e xcita ti on curve  ( X ce ).   The fu nctio n o the  mag netiz at ion   curve ca n be  de fine d   by the  f ollow i ng equat ion :     X m : V t   g ( I m )  ;     X ce   V ce   h ( I m   (2)     If   the  ma gn et i zat ion   c urve  e qu at io is  a ppr ox imat e by   t he  poly nomial   interp olati on   method,  t he it s f unct ion ca n be e xpresse d by the  f ollow i ng e qu at io n:     g ( I m =   a 0 + a 1 I m + a 2 I m 2 + a 3 I m 3 ++ a n - 1 I m n - 1 + a n I m n     (3)     The  c onsta nt   values   of  a 1 a 2 a 3 ,   …… .,  a n - 1 a n   ca be   s olv e us i ng  the   poly fi t   f un ct io in  M A TLAB  [2 3].   T he  e xcita ti on  c urve ca n be  expresse d b t he follo wing  f un ct io n:     h ( I m )= X ce I m   (4)     The   dif fer e nce   bet ween  the   mag netiz at ion  curve   an the   excit at io c urve  ca be   s ol ved  by  this   fo ll owin e qua ti on :     f ( I m =   g ( I m -   h ( I m   (5)     The  i ntersect ion   of  the se   two  c urves   can   be   s olv e by  de te rmin in t he   r oo of     the foll owin e qu at io n:       L s R s L m E r e s E g V t C e i m i e L s   R r   i r   i s     jX s R s jX m E r e s E g V t - jX ce I m I e I s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  a naly sis  of resid ual m agnetis m ava il abil it le vel  o t he  s uccess  o f v oltag e    ( Ref di na l N az ir )   1215   f ( I m ) =   a 0 +( a 1 - X ce I m + a 2 I m 2 + a 3 I m 3 ++ a n - 1 I m n - 1 + a n I m n   0     ( 6)     w hile,      f’ ( I m )  =   ( a 1 - X ce + 2 a 2 I m +3 a 3 I m 2 +.+(n - 1) a n - 1 I m n - 2 +n a n I m n - 1   (7)     To  determi ne  t he  r oot  of  e qu a ti on   ( 6),  New t on   Ra phs on 's  i te rati on   meth od  is  use d,  wit the  eq uatio for  s olv i ng eac it erati on as  foll ows [2 4,25]:     ) ( ' ) ( m m m m I f I f I I n e w =   (8)     I m new   value o ma gnet iz at ion  c urren t at  t he   k - it erati on   I m      value o f  magneti zat ion cu rr e nt at the  ( k - 1) - it erati on     Ov e rall the  a na lysis  of  the  e f fect  of   resi du al   mag net  avail a bili ty  on  the  ge ner at io of   S E IG   te r minal   vo lt age is   co mp le te th rou gh  the   ste ps  a r range in   the   flo wch a rt  in   F igure  6.     As   s how i Fi gur 6,  th mag netiz at ion   curve  data  in  var ia ti ons  of   E g   (i)  an I m   (i)   are  obta ine f rom  sat urat ion  measu reme nts   (se e   Appe nd i x).  W her eas   the   ma gnet iz at ion   c urv data  i t he  va riat ion  V t   (i)  with  I m   (i is   c al culat ed  th r ough  ( 1).   The  deter minat ion  of  t he   valu of  t he  e xcita ti on  capaci to by  operati ng  t he   ge ner at or  wit t he  a vaila bili ty  of  su f fici ent  r esi dual   ma gnet ism  an ze ro  loa conditi ons,  s that  the  te r min al   vo lt a ge  rea c hes  a   nomi nal  value.   The  fr e quenc val ue  of  the   vo lt age   gen e ra te by  the   ge ne rat or  is  set   at   50  Hz.  I thi it erati on,  t he   init ia l   conditi on  I 0   ca be  set   t zer o For  eac it e rati on  ste k a   ne value  of  the  I m new   ma gn et iz at ion   cu rr e nt  is   cal culat ed.   T he   it erati on   proc ess  is  stoppe d,   if  I m - I m new   reach  small er  or   equ al   to  w he re  in  the  proc ess  of  this  diag ram  s et     10 - 5 Th analysis  proc ess  is  carried  out  for  va riet of   re sid ual  m agn et ism  c ondi ti on s,   rangin from   the  a vaila bili ty  of  str ong  resid ual  ma gnet ism  to  the   avail abil it of  very  l o w   resid ual  mag ne ti sm,   so   t hat  no  m ore  vo lt a ge  ca be   gen e rated .   I t his  st udy,  the re  a re  ef fects  of  the   av ai la bili ty  of  re sidu a l   mag net  co nd it ion a nalyze on   the  ge ne rati on   vo lt a ge   of   SE I G.   Al resu lt of   t he  anal ys is  w il be     discusse d i se ssion 4 .           Fig ure   6 .   Flo w  ch a rt for  ef fec t analysis  of th e resid ual m ag netism a vaila bili ty to    the volt age  g e ne rati on pro c ess     S t a r t | I m     I m n ew |    I m   =   I m n e w E n d No Y e s k I m V t   C a c u l a t e   V t   ( I m ) ( Eq ) P o l y n o m i a l   I n t e r p o l a t i o n   : V t   ( I m )   :   g ( I m )   =   a 0 + a 1 I m + a 2 I m +    + a n I m n D a t a   M a g n e t i z i n g   C u r v e   : I m ( i ) ,   E g ( i ) Ex c i t a t i o n   C u r v e   V ce   ( I m )   :   h ( I m )   = X ce I m f ( I m ) =   g ( I m ) - h ( I m )    S e t   E x c C a p a c i t o r   f r e q u e c y C &     f g X ce   2 π f g C e a a k = k + 1 I m   =   I m n ew V t   ( I m )     =   a 0 + a 1 I m + a 2 I m +    + a n I m n I n i t i a l   C o n d i t i o n   : I m   I 0   0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 11     12 19   1216   3.2.   Ex peri menta set - up   In  order  to   veri fy  the   res ults  of  the   a nalysis,   series   of  ex per ime nt  a re   c onduct ed   in   th la borat ory.   This  te st  a pp li es  the  s quirrel - cage   in du ct io mac hin e   of  1.5  kW,  380  V,   3 - phase,   50   Hz,  pole s,  wh ic i s   equ i pp e with  12   mF  e xcita ti on   ca pacit ors  t hat   co nn ect e in  delta T his  machine  pa ra mete rs  obta ine f rom   the test  r es ults  are  R 4,3    an X s   3,61   The  la borato ry  te sti ng   proces be gin s   with   the  dema gnet iz at ion   process   of  the   SE IG  thr ough  loa di n the  gen e rato r   a it crit ic al   po int,  s that  t h e   ge ne rator  volt age  dro ps  to   z ero  s udde nly .   I t his  c onditi on,   the  vo lt age   ca us ed   by  the   resi du a mag netism  is   cl os t zer o.  The   ne xt  proc ess,  the   dc   cu r ren is  i nject ed   int on e   of  the   sta t or  ph ase   windi ng s   from   the   S EIG,  so  that   E r es   can   be   obta ined   at   the   e xp e ct ed  value Th en,  the   ro t or  of  SEIG   is  r otate with   the   m otor  at   1506   r pm  an E res   are  meas ur e d.  Ne xt,   the   ex ci ta ti on   ca pacit or   is   switc he on  t he  SE IG   te rmi nal  unde no - load  c onditi on,   and   t he  te rmi nal  volt age  ge ner at e ( V t a nd   t he  mag netiz at ion   current  ( I m is  measu red.  T he   te sti ng   proces is  re peated each  for  t he  a vaila bili ty  of  s tro ng ,   weak, a nd criti cal  r esi dual  ma gn et ism .       4.   RESU LT S  AND  DI SCUS S ION   4.1.   The  analy sis  resul ts  of  volt age  ge nera tion   processe und er  strong  resi dua m agnetis availabil it cond i tion s   Figure  has   sh ow t he  a na lysis  re su lt of  the   volt age   ge ner at io pr ocess   in  t he  SEIG  unde r   conditi ons  of  a vaila bili ty  of   s tro ng  resi dual   mag netism,   na mely  Eres   4.27  Vo lt a nd  E res  =   2.73  V ol ts.  A s   sh ow in  fig ure  7,   the  i nterse ct ion   of  the  c urve  only  occur in  the  sat urat ion   reg i on   a re a,  namel y:  at   ( Im  2,831  A,   Vt  220,   07  V olts)  for  Ere 4.2 Vo lt a nd   at   (Im  2,7 99  A,  Vt  217,  54  V olts)  f or   Eres  =   2.73   Vo lt s.       Wh e r eas  in   the   init ia reg i on,  t he   tw c urves   do  not  inter sect T his  has   sho wn  that   the   volt ag e   gen e rati on  pro cess at  SE IG ha s b ee s ucces sfu f or   both c onditi ons  of the  avail abili ty of  resid ual ma gne ti sm.             Fig ure   7 .   The  a nalysis  res ults  of volt age  ge ne rati on pro c ess  und e st ron r esi du al     mag netism a va il abili ty co ndit ion s       4.2.   The  resul t of  th analy sis  of  volt ag e   ge nera tion  pr oc esses  u nder   cri tical  resi du al  m agnetism   availabil ity  c ondi tions   The  a nalysis  r esults  of  the   volt age  gen e rati on  proce ss  on   the  SE IG   i c onditi ons  of   c riti cal   residu a l   mag netism  ava il abili ty,  namel Ere 1.0 Vo lt a nd   E res   0.993 V olts,   are  sho wn   i f igure  8.  As  s ho wn   i this  fig ur e f or   Eres  1.0 Vo lt s,  t he  proc ess  of  volt age  gen e rati on  is  s ti ll   su ccessfu because   at   the   init ia l   area  do e no t   occ ur  at   th e   intersect io of  the   cu rv e Howe ver,  wh e t he  resid ual   volt age  of  re sidu al   mag netism  dec reases  t Er es  0.9 93  V olts,  the  volt age  ge ner at io proce ss  can not  ha ve   reac hed  the  e xpect ed   value  (n omi nal   value ).   This  ha pp e ns   beca use   there  a re  i nt ersecti on   poin ts  of   t he  c urve,   namel in   the  init ia l   area (Im =  0. 109 A,  V t 8.4 7 Vo lt s)  and  the satu rati on a rea (Im =  2.761 A , Vt2 =  21 4.58 V olts).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  a naly sis  of resid ual m agnetis m ava il abil it le vel  o t he  s uccess  o f v oltag e    ( Ref di na l N az ir )   1217         Figure  8. The  a nalysis  res ults  of volt age  ge ne rati on pro c ess  und e c riti cal  r esi du al     mag netism a va il abili ty co ndit ion s       4.3.   The  analy sis  resul ts  of  vo l tage  ge ne rat i on   pr oces under  weakening  resi d ua ma gn e tis availabil ity  c ondi tions   Figure   have  sh ow the   an al ys is  res ults  of  the  ge ner at io vo lt age   proces on  the   SEIG   unde wea resid ual  ma gnet ism  avail abili ty  co nd it io ns ,   namel E res   =   0.4 87  V olts  a nd  E res   0.0 88  Vo lt s.  As   show i fig ur 9,   f or   both  c onditi ons,   the  inters ect io of   t he  ma gn et iz at ion   cu rv e   an the  e xcita ti on   c urve  occ ur at   two  points.   T he refor e i bo t of  the se  c on diti on s t he  ge ner at or  only   ge ner at es   s ma ll   vo lt age nam el V t   10.54  Vo lt in   the  resi du al   mag netism  sta te   with  E res   0.487  Vo lt a nd   V t   10. 54   Vo lt s   in  t he  r esi du al   mag netism  sta te   with  E res   0.088  V olts.  T his  mea ns  that   the  volt age  ge ner at io proc ess  to   reac nomina l   vo lt age  w a not success fu f or both c onditi on s of the  r esi du a l mag netism a va il abili ty.             Figure  9. The  a nalysis  res ults  of volt age  ge ne rati on pro c ess  und e r wea re sidu al     mag netism a va il abili ty co ndit ion s       4.4.   Co m pa ri s on  of  an alysi an d   test in res ults   The  e xp e rimen ta te sts  are  con duct ed  t che ck  the  validit of   the  res ults  of  the  anal ys is  di scusse i sessions  4.1  t sessio 4.3 Fi gure  10   s how s   the  co mp a rison  bet wee the  analysis  resu lt s   and  the  te st  re su lt for  va rio us   va r ia ti on in  t he  a vaila bili ty  of  r esi du al   ma gnet ism  to  the  volt age  gen e rated  by   SEIG.   As   s how in  this  fig ure,  t he  sim ulati on   r esults  an ex pe riment  r esults   bo t s how  tha the  gen e rato r   fail ed  to  gen e rate  te rmin al   volt age  at   it nomin al   value  f or   a E res   value  below   1.0 V olt.  At  E re s   values  above  1.04   volt bo t curves   hav e   i nd ic at ed   t he  ge ner at or  s ucce eded  i ge nerat ing  it te r minal  volt age  at   no minal  valu e.  T he   simulat ion   res ults  an the  te st  resu lt sho that  the  crit ic al   value  of  the  re mainin mag netic   avail abili ty  occurs at t he  va lue of  E res   1.0 4 Vo lt . Fr om t he  de scri ptio a bove,  t he  a na lysis res ults a re in  li ne  w it t he  te st  resu lt s,  so the  validit y of t he mo del and t he a nalysis  meth od a re suf fici ent ly test ed.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 11     12 19   1218       Figure  10. T he   com pa rison  of simulat io a nd test  r e su lt s       5.   CONCL US I O N   The   ef fect of  t he  avail abili ty  o f   re sid ual ma gn et ism  o t he   s uccess   of   the  terminal v oltag ge ne rati on   process   f or   S EIG  on  it no minal  val ue  ha bee s ucce ssfu ll a nalyze us in New t on  Ra phs on 's   it erati on   method.   T he  a vaila bili ty  of  r esi du al   mag net ism  with  resid ual  volt age  val ues  belo 1.0 Vo lt   will   ca us the   fail ur of   t he  SEIG  to  gen e r at the  te rmina vo lt age  at   it nominal  value.     M ea nwhile the  avail a bili ty  of   resid ual  mag ne ti sm  in  SEIG  with  resid ua vo lt age  values  ab ove  1.0 V olt,  will   su cc eed  i ge ne rati ng   te rmin al   volt ag at   it nomi na value F or  S E IG  us e as  t he  ob je ct   of  this   s tudy,   the  value   of  E res   1.04  Vo lt   is  c riti cal   value  of  the   a vaila bili ty  of  resi dual   ma gnet ( E critical ).   T he  dec rease  i E res   va lue  of  SE IG  ca be   cause by  v ari ou s   c onditi ons,   su c as:   s hort  ci rcu it   fa ult,  la ck  of  reacti ve  powe r,   operati on  of  the  ge nerat or   at   the  crit ic al   point  et c.    The refor e f or  the   vo lt age  ge ner at io process  i S EIG  to  be  s uc cessf ul,  it   m ust   be   ens ur e that t he  r esi dual   vo lt a ge value  must   be  a bove  it s c ri ti cal  v al ue .       ACKN OWLE DGE MENTS   Au t hor  w ould  l ike  than ks   to  A nd al as   Un i ver s it for  the  fi na ncial   su pp or t his  w ork,   th r ough   PDUPT   Fund i ng (N o.   T/5/U N.16.1 7/ PT. 01.03/P D - EET/ 2019) .       REFERE NCE S   [1]   Li   Wa ng ,   Ping - Yi  Li n ,   “Ana lys is  of  Com me r ci a Biog as  Gen era t ion  Sys te m   Us ing  Gas   E ngine   Indu ct ion   Gene rat or   Set ,   I EE E   Tr ansacti o ns on  Ene rg Co nve rs ion vo l.  24 ,   no .   1 ,   pp .   230 - 239,   2009 .     [2]   E.  Mulja d i,  C. P.  Butt erf i el d ,   H.  Rom anowit z ,   R .   Yinger Self   Exc i ta t ion   and   Har moni c in   Wi nd   Po wer   Gene ration” ,   Na ti onal Re n ewa bl En erg La bor a tory,   Nove mbe r   2004.   [3]   R.   C.   B ansa l ,   Thre e - Phase   Sel f - Exc i te Indu ction  Gene r at ors:   An  Overvi ew” ,   IEE E   Tr ansacti ons  on  Ene rgy   Conve rs ion ,   Vol .   20 ,   No.   2,   June  2005.   [4]   M.  Benm e zi an e,  S.  Ze bir at e ,   A.  Chake r1,   and  Z .   Boudje ma,  “Fu zz slidi ng  mod cont ro of  dou bly - fed   indu ct io gene ra tor  driv en   by  wind  turb in e” ,   Inte rnat ional  Journal  of   Pow er  El e ct roni cs  a nd  Dr iv Syst em   (IJ P EDS),   Vol.   10,   No.   3,   pp.   15 92 - 1602,   2019 .   [5]   Refdi na Na zi r,  Krismad inata,  a nd  Riz k Ama lia ,   The  Cam p ari s on  Of  Harm oni c   Distorti on   Self - Exc ited  Indu ct io Gene rat or   with   Isolat ed   Synch ronous  Gene rator  Under  Non - Li ne ar  Lo ads” ,   Inte rnationa Journal  of  Pow er  El e ct ronics  and   Dr iv Syst em  (I J PE DS ) ,   vo l.   6,   n o.   4 ,   pp .   759 - 77 1,   2015 .   [6]   Refdi na Na zi r ,   Syafii ,   Andi   Pa wawoi,   Fa jri l   A kbar   and  Ax el  Dorinz a,  “Dif fer enc es   in   the  impact  of   har monic  distort ion   due   to   th e   installation   of  e lectr oni c   load  con trol l er   in   s el f - ex ci t ed   indu ct ion   gen erator   and  synch ronou s   gene ra tor”,  Int er nati onal   Journal   of  Powe E lect ronics  and  Dr ive  Syst em  (IJ PED S),   vol .   10 ,   no .   1 ,   pp.   104 - 116 ,   2019 .   [7]   Refdi na Na zi r ,   “Ana lysis  of   Harm onic  Curr ent Propag at io on  the  Self - Exc ited   Induc t i on  Gene r at or   with  Nonline ar   Lo ads” ,   J El e ct Eng  T ec hnolog y ,   Vol.   9,   No.   6 ,   pp .   193 5 - 1943,   2014 .   [8]   Refdi na Naz ir,   Andi  Pawawoi,   Riska  Amalia ,   Harm onic   Eff e cts   Analysis  of  Elec tron ic   Loa ds  Control le r   on  Se lf   Exc ited  Indu ct i on  Gene ra tor  (S EIG)  Opera t ion s”,   Indone sian   Journal  of   Elec tric al  Engi n ee ri ng  and  Comput er  Sci en ce ,   vol .   8 ,   no.   2 ,   pp .   273 - 2 80,   2017 .   [9]   Raj ase kh ara  R.   C. ,   et  a l.,  “Per f orma nc of   a   S el f - Ex ci t ed  Indu ct ion   Gene r at or   with   DS TATCOM - DTC  Drive - Based  Volt age and Freque ncy   C ontrol ler”,  IE EE  Tr ansacti ons on Energy  Con ve rs i on ,   vol .   29 ,   no .   3 ,   2014 .   [10]   Jinn - Chang  Wu ,   “Nove C irc u it   Configura ti on   fo Compe nsat ing  for  the   R eact iv e   Pow er  of  Induc ti on  Gene rat or ”,  IEE E   Tr anscti on s on  Ene rgy   Con ve rs ion ,   vo l. 23,  no.   1 ,   Mar ch  20 08.   [11]   Hayde Hus sein  Kadhum,   et   al . ,   “T he  infl u enc e   o iron  losses  on  sele c ti ng  th minimum   exc i tatio ca p ac i ta nc fo self - excite d   ind uct ion  g ene r at or   (SEIG)  with  w ind  turbi n e”,  In donesian  Journ al  of  Elec tri cal  Engi n ee ring  a nd   Computer  Scien ce ,   Vol.   19,   No.   1,   pp .   11 - 22 ,   20 20 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  a naly sis  of resid ual m agnetis m ava il abil it le vel  o t he  s uccess  o f v oltag e    ( Ref di na l N az ir )   1219   [12]   Loke sh  Varshne y,   R. K.   Saket,  Rel ia b il i ty  ev al u at ion  of   SEIG  r otor  cor m agnetizat ion  wi th  m i nim um  ca p ac i ti v exc i ta t ion  for  un reg ulated  r ene w abl ene rgy   applications  in  r em ot ar ea s” ,   A in  Sh ams   Engi nee rin Journal ,   vo l.   5,   pp.   751 757 ,   20 14 .   [13]   Rishike sh  Chou dhar and  R . K.  Saket ,   “A  cr it i cal  rev i ew  on  th s el f - ex ci t at ion   pr oce ss   and  ste ady   stat e   analysis  of  an  SEIG dri ven by wind  turb ine” ,   R ene wab le   and   Sustainable  En e rgy  Revi ews vol .   47 pp .   344 - 35 3,   2015 .   [14]   D.B.   W at son, et al . ,   “Con trol l able  d. c.   powe supply  from  wind - d rive se lf - excited i nduction  m achine s”,   Proc. I E E Vol.   126 ,   No.   12 ,   De ce mb er  197 9.     [15]   El der ,   J.M.;  Boy s,  J.T .   Wood ward,   J.L .   Se lf - Exc ited  Indu ct io in  induction  g e ner at ors. ”,  IEE  Proce ed ings .   Vo l.   130,   Pt.   B. ,   No .   2,   pp . 103 - 108,   1 984 .   [16]   Refdi na Naz ir,  “De vel op me n t   o Self - Ex ci t ed  I nduct ion  G ene r at or  for   Vari ab l Speed  and  Lo ad  Condit ions”,   Ph.D.  Diss ert a tion.  Univer si ti T e knologi   Ma la ysi a,   1999 .     [17]   We jd an   S.   A.,  a nd  Annet te  M. ,   “Sel f - Ex ci t at ion   and   St abi l it y   a t   Speed   Tra nsi en ts  of   Self - Exc i ted  Singl e - Phase  Rel uctanc Gen e rat ors”,  IE EE Tr anscti ons on  Sus tai nable E n ergy ,   vol. 4, no. 1, Ja nuar 2013.   [18]   Wi ll Knape k ,   “R esidua l   Magne t ism” ,   Omi cro n,   20 12.   [19]   Maure Magn et i AG ,   “Me asuri ng  Residual  Ma gnet ism   of  Ferro ma gne ti c   Parts” ,   ©  Maur er  Magn et i AG   04. 2014 .   [20]   Maure Magn et i A G, “Dem agn et i za t ion  of   la rg e   surfac obj ects” ,   ©   Maure r   Mag net i AG   04. 201 5.   [21]   Orian Bott ausc io,   e a l.   “Rol e   of  Magne tic  Ma te ri al in  Novel  E le c trica Mo toge ner at or  for  t he  More  E le c tric  Airc raf t ”,  IE EE   Tr anscti ons on Magnetics ,   vo l.  50,   no .   4 ,   April   201 4.   [22]   Julia no  B .   Pad ilha,   et  a l.,  “Ve ctor  Hys te resis  M odel   As sociate d   with  FEM  in   a   Self - Excite d   Ind uct ion   Gene r at o Modeli ng” ,   I EEE  Tr anscti ons o Magne t ic s ,   vol .   52 ,   no .   3 ,   Mar c 2016.   [23]   Math  Wor ks ,   SI MU LINK - M ATLAB  Li br ary ,   20 12.     [24]   Steve Ch apr a   a nd  Raym ond   P.   Cana l e, “ Numer i ca l   Methods  for   Engi ne ers” ,   Mc.   Graw - Hill ,   2015 .   [25]   Stani sław   Rosło nie c ,   “Fundame nta l   Numer ical   Methods   for   El e ct ri ca l   Engi n ee ring ”,  Spring er - Verl ag ,   Ber lin   Heide lb erg ,   200 8.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.