I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS )   Vo l.   1 2 ,   No .   4 Dec em b er   202 1 ,   p p .   2 0 8 3 ~ 2 0 9 4   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 2 .i 4 . pp 2 0 8 3 - 2 0 9 4           2083       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   A new  appro a ch t o  t hree - pha se a sy nchro no us mo tor  mo del f o elect ric  power  sy stem an a ly sis       L a ura   Co lla zo   So la r   1 Ang el   A.   Co s t a   M o nti el 2 M iria m   Vila ra g ut  L la nes 3 Vla dim ir  So us a   Sa nto s 4   1 - 3 Ce n tro   d e   In v e stig a c io n e s y   P r u e b a El e c tro e n e rg é ti c a s (CIP E L) ,   Un i v e rsid a d   Tec n o l ó g ica   d e   la Ha b a n a   Jo   An to n io   Ech e v e rría”   (Cu jae ),   La Ha b a n a ,   Cu b a   4 En e rg y   De p a rtme n t,   Un iv e rsid a d   d e   la Co sta ,   Ba rra n q u il la,  C o lo m b ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   3 ,   2 0 21   R ev is ed   Sep   2 3 ,   2 0 21   Acc ep ted   Oct   1 ,   2 0 21       In   th is  p a p e r,   a   n e ste a d y - sta te  m o d e o a   th re e - p h a se   a sy n c h ro n o u m o to r   is  p ro p o se d   t o   b e   u se d   i n   t h e   stu d ies   o e lec tri c a p o we sy ste m s.  Th e   m o d e l   a ll o ws   fo o b tain i n g   t h e   re sp o n se   o th e   d e m a n d   fo a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o we a a   fu n c ti o n   o v o lt a g e   a n d   fre q u e n c y .   T h e   c o n tri b u ti o n   o th e   m o d e l   is  th e   in te g ra ti o n   o t h e   c h a ra c teristics   o th e   m e c h a n ica lo a d   th a t   c a n   d riv e   m o to rs,  e it h e c o n sta n o v a riab l e   lo a d .   Th e   m o d e wa e v a lu a ted   o n   a   2 5 0 0   k a n d   6 0 0 0   m o to r,   fo r   t h e   tw o   t y p e o m e c h a n ica l o a d ,   i n   a   wid e   ra n g e   o v o lt a g e   a n d   fre q u e n c y ,   a we ll   a f o u r   lo a d   fa c to rs.   As   a   re su lt   o f   th e   e v a lu a ti o n ,   it   wa p o ss ib le  t o   v e rify   th a t,   f o t h e   n o m in a fre q u e n c y   a n d   v o lt a g e   v a riatio n ,   th e   t y p e   o l o a d   d o e n o t   in f lu e n c e   t h e   b e h a v io o f   th e   p o we rs  a n d   t h a th e   re a c ti v e   p o we is  v e ry   se n siti v e   t o   th e   v o lt a g e   v a riatio n .   In   th e   n o m in a v o lt a g e   a n d   fre q u e n c y   d e v iatio n   sc e n a rio ,   it   wa fo u n d   th a t   th e   ty p e   o lo a d   in fl u e n c e th e   b e h a v i o o t h e   a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o we r,   e sp e c ially   in   th e   v a riab le  lo a d .   Th e   re su lt d e m o n stra te  th e   imp o rtan c e   o c o n sid e ri n g   th e   m o d e p ro p o se d   i n   t h e   si m u latio n   s o ftwa re   o e lec tri c a l   p o we sy ste m s.   K ey w o r d s :   E lectr ical  p o wer   s y s tem s   E q u iv alen t c ir c u it   L o ad   m o d elin g   Me ch an ical  lo ad   d r iv e   T h r ee - p h ase  asy n ch r o n o u s   m o to r s   Z I P m o d el     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Vlad im ir   So u s San to s   E n er g y   Dep ar tm en t   Un iv er s id ad   d la  C o s ta   C alle  5 8   No . 5 5 - 6 6 ,   B ar r a n q u il la,   C o lo m b ia   E m ail: v s o u s a1 @ cu c. ed u . co       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   o p e r a t i o n   o f   e l e c t r i c a l   p o w e r   s y s t e m s   ( E P S )   i s   c o m m o n l y   a s s e s s e d   t h r o u g h   l o a d   f l o w ,   v o l t a g e   s t a b i l i t y ,   a n d   s h o r t - c i r c u i t   s t u d i e s ,   a m o n g   o t h e r s .   T h i s   i s   d o n e   w i t h   t h e   h e l p   o f   s o f t w a r e   p r o g r a m m e d   w i t h   e l e c t r o m a g n e t i c   e q u a t i o n s   a n d   m a t h e m a t i c   m o d e l s   t h a t   s i m u l a t e   t h e   b e h a v i o r   o f   t h e   m a i n   c o m p o n e n t s   ( i . e . ,   g e n e r a t o r s ,   l o a d ,   l i n e ,   t r a n s f o r m e r s ,   a n d   m a c h i n e s )   [ 1 ] [ 2 ] U p d a t i n g   t h e   l o a d   m o d e l s   c o m m o n l y   u s e d   i n   s i m u l a t i o n   p r o g r a m s   o f   E P S   i s   a n   i m p e r a t i v e   n e e d   t o d a y   d u e   t o   t h e   i n c r e a s e   i n   e m e r g i n g   s m a r t   g r i d   t e c h n o l o g i es   s u c h   a s   d i s t r i b u t e d   g e n e r a t o r s ,   e l e c t r i c   v e h i c l e s ,   a n d   s t a t i c   p o w e r   c o n v e r t e r s ,   a m o n g   o t h e r s .   M o d e l i n g   t h i s   t y p e   o f   l o a d   i s   d i f f i c u l t   d u e   t o   i t s   t i m e - v a r y i n g   a n d   w e a t h e r - d e p e n d e n t   n a t u r e ,   a s   w e l l   a s   t h e   l a c k   o f   m e a s u r e m e n t s   [ 3 ] .   T h t h r ee - p h ase  a s y n ch r o n o u s   m o to r s   ( T AM )   ar e   o n o f   th e   m o s im p o r tan lo ad s   in   E PS   s in ce   it  i s   esti m ated   th at  th er ar ar o u n d   3 0 0   m illi o n   o f   th is   eq u ip m en in s talled   in   in d u s tr ies  [ 4 ] ,   r ep r esen tin g   th e   co n s u m p tio n   o f   ar o u n d   4 3   to   4 6 o f   en er g y   elec tr icity   wo r ld wid an d   b etwe en   6 0   an d   7 0 o f   en er g y   in   in d u s tr ies  [ 5 ] - [ 7 ] Du e   to   th e   im p o r tan ce   o f   T AM s ,   th e y   h a v b ee n   th e   s u b ject   o f   n u m er o u s   s tu d ies  f o cu s ed   m ain ly   o n   th im p r o v em en o f   th tech n o lo g y   to   i n cr ea s th lev el  o f   ef f icien c y   [ 8 ] [ 9 ] ,   o n   co n tr o s tr ateg ies  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 0 8 3     2 0 9 4   2084   in   th T AM s   d r iv e   s y s tem   to   g u ar a n tee  m ax im u m   o p er atin g   ef f icien c y   [ 1 0 ] - [ 1 2 ]   an d   o n   m eth o d s   f o r   esti m atin g   T AM   o p er atio n al  e f f icien cy   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ]   T h e   i m p o r t a n c e   o f   i m p r o v i n g   t h e   m o d e l i n g   o f   T A M s   i n   t h e   s i m u l a ti o n   p r o g r a m s   o f   E P S   w as  e v i d e n c e d   b y   t h e   b l a c k o u t   i n   t h e   U n i t e d   S t at es   t h a t   o c c u r r e d   i n   1 9 9 6   a n d   2 0 0 0   w h e n   m i l l i o n s   o f   N o r t h   A m e r i c a n s   w e r e   w it h o u t   e l e ct r i c i t y   f o r   s e v e r a l   h o u r s   [ 1 5 ] .   I n   a   s t u d y   l e d   b y   t h e   " w e s t e r n   e l ec t r i c it y   c o o r d i n a t i n g   c o u n c i l , "   it   wa s   s h o w n   t h a t h e   s y s t e m   i n   t h a f f e c te d   a r e d i d   n o t   i n cl u d e   t h m o d e l i n g   o f   v a r i o u s   T A Ms   a n d   e l e c t r o n i c   l o a d s ,   t h e r e f o r e ,   t h e   b e h a v i o r   o f   t h e   E P S   c o u l d   n o t   b e   p r e d i c t e d   c o r r e c t l y   [ 1 6 ] - [ 1 8 ] .   No r m ally ,   th T AM   is   r e p r e s en ted   as  co n s tan p o we r   lo ad ,   o r   co n s tan im p ed an ce   [ 3 ] ,   [ 1 9 ] Ass u m in g   co n s tan ac tiv p o wer   m ay   b ac ce p tab le  in   s o m ca s es  b u ig n o r in g   th v a r iatio n   o f   r ea ctiv e   p o wer   with   v o ltag i n   T AM   l ea d s   to   s ig n if ican t   er r o r s .   Neith er   h as  th e   b eh a v io r   o f   th p o wer   co n s u m ed   b y   th T AM   b ee n   a n aly ze d   in   th ev en t   o f   f r eq u en cy   d e v iatio n s   f r o m   its   n o m in al  v al u e.   No r m ally ,   in   f r e q u en c y   s tab ilit y   s tu d ies,  co n ce n tr ated   m o d els  o f   t h lo ad s   ar u s ed ,   f o r   wh ich   it  is   n ec ess ar y   t o   d eter m in e   th s o - ca lled   lo ad - d am p in g   c o n s tan [ 2 ] .   T h e r ar n o   co n c r ete  p r o p o s als  in   th liter atu r to   esti m ate  th is   p ar am eter   in   p r ed o m in an tly   T AM   lo ad s .   Acc o r d in g   to   C I GR E   [ 2 0 ] ,   th er ar two   t y p es  o f   lo ad   m o d els  d ep en d in g   o n   th way   to   o b tain   th eir   p ar am eter s .   On way   is   b ased   o n   m ea s u r em e n ts   m ad in   s itu   an d ,   a n o th er   wa y   is   b ased   o n   th k n o wled g o f   th co m p o n e n ts   o f   th lo ad s   an d   th d ev elo p m en o f   m o d els  esti m atin g   th co r r esp o n d in g   p ar am eter s .   I n   th e   ca s o f   th T AM ,   th m eth o d   b ased   o n   m ea s u r em en ts   is   im p r ac ticab le  b e ca u s it  r eq u ir es   lab o r ato r ies  wh er e   co n s id er a b le  n u m b er   o f   T A Ms  ca n   b e   test ed ,   b o th   lo w   a n d   m e d iu m   v o ltag e   an d   o f   d i f f er en p o wer   an d   n u m b er   o f   p o les.    T h is   p ap er   aim s   to   p r o p o s n ew  m o d el  o f   th T AM   th at  a llo ws  its   u s in   th an aly s is   o f   E PS .   T h p r o p o s ed   m o d el  allo ws  th an aly s is   o f   th in f lu e n ce   o f   th e   v ar iatio n   o f   v o ltag an d   f r eq u en cy   d e v iatio n ,   as   well  as  th ty p o f   th m ec h an ical  lo ad   d r iv e n   b y   th m o t o r ,   o n   th ac tiv a n d   r ea ctiv e   p o w er   co n s u m p tio n   o f   th m o to r s .   T h in clu s io n   o f   th co n s id er a tio n   o f   th ty p e   o f   m ec h an ical  lo ad   d r iv e n   b y   th m o to r   in   th co m p o s ite  m o d el   is   n o v el  a s p ec th at  ca n   co n t r ib u te  to   t h im p r o v e m en o f   th E PS s   s im u latio n   s o f twar e.   Sectio n   2   d escr ib es  th e   s tate  o f   th ar t   o f   d ev elo p ed   m o d els  o f   T AM s   as  lo ad   i n   th E PS .   Sectio n   3   ex p lain s   th m o d el  with   th eq u atio n s   an d   th e   s eq u en tial  p r o ce d u r e   f o r   its   ap p licatio n ,   wh ile  th e   ex p lan atio n   o f   th e   m o d el  is   p r esen ted   in   s ec tio n   4 .   I n   s ec tio n   5   th c o n clu s io n s   o f   th a r ticle  ar d is cu s s ed .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     St a t o f   t he  a rt   o f   dev el o ped m o dels   o f   T AM s   a s   lo a d in t he  E P S.   B alan ath an   et  a l .   [ 2 1 ]   th ap p r o x im ate  eq u iv ale n cir cu it  s h o wn   in   Fig u r 1   is   p r o p o s ed .   I n   th is   ca s e,   th s tato r   r esis tan c an d   m ag n etiza tio n   r ea ctan ce   ar n o co n s id er ed .   Neg lectin g   th s tato r   r esis tan ce   d o es  n o t   g en er ate  s ig n if ican er r o r ,   b u n o co n s id er in g   th m ag n etiza tio n   r ea ctan ce   im p lies   s i m p lify in g   th m ain   co n s u m er   o f   r ea ctiv p o wer ,   wh ich   is   u n ac ce p tab le.     W h e r e P   i s   t h e   ac t i v e   p o w e r ,   Q   i s   t h e   r e a ct i v e   p o w e r ,   I   is   t h c u r r e n t ,   V 1   i s   t h e   v o l ta g e   p e r   p h a s e ,   X 1   is   t h e   s t at o r   l e a k a g e   r e a c ta n c e ,   X i s   t h e   r o t o r   l e a k a g e   r e ac t a n c e,   R i s   t h e   r o t o r   r e s is t a n ce ,   E   is   t h e   e l ec t r o m o t i v f o r c e   i n d u c e d   i n   t h e   r o t o r ,   a n d   s   i s   t h e   s l i p .   C h o i   e t   a l .   [ 2 2 ]   i t   is   p r o p o s e d   t o   i n c o r p o r a t e   t h e   e q u i v a l e n t   c i r c u i t ,   as  a   m o d e l ,   i n   p o w e r   s y s t e m   s t u d ie s ,   as   i t   a p p e a r s   i n   Fi g u r e   2 ,   g iv i n g   r i s e   t o   t h e   s o - c a ll e d   " Z I P   m o d e l   w i t h   T AM   " .                 Fig u r e   1 .   Ap p r o x im ate  eq u i v a len t c ir cu it o f   T AM ,   p r o p o s ed   in   th liter atu r [ 2 1 ]   Fig u r e   2 .   Z I P m o d el  with   T A [ 2 2 ]       W h er e:  I 1   is   th e   c u r r en p er   p h ase  in   th e   s tato r ,   Z   is   th e   i m p ed an ce ,   R 1   is   th s tato r   r esis tan ce X m   is   th e   m ag n etizin g   r ea ctan ce ,   I 0   is   th e   c u r r en p er   p h ase  o f   m a g n etiza tio n ,   an d   I 2   is   th e   c u r r e n p er   p h ase  in   th e   r o to r Ar ee   [ 2 3 ]   th eq u iv ale n cir cu it  s h o wn   in   Fig u r 3   i s   u s ed   to   d ete r m in e,   d u r i n g   t h ex ec u tio n   o f   th e   lo ad   f lo w,   th ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   o f   th T AM   lo a d   ac co r d in g   to   th v o ltag v alu es  ca lcu lated   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   n ew a p p r o a c h   to   th r ee - p h a s a s yn ch r o n o u s   mo to r   mo d el  f o r   elec tr ic  p o w er   …  ( La u r a   C o lla z o   S o la r )   2085   s u cc ess iv iter atio n s .   T h is   cir cu it  is   tr an s f o r m e d   b y   ap p ly in g   T h e v en in ' s   th eo r em   [ 2 4 ]   an d   with   th is ,   th e   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer   is   d eter m in ed   i n   ea ch   iter ati o n .   C er tain   in p u p o wer   is   ass u m ed   ( th wo r k   d o es  n o ex p lain   h o to   o b tain   th is   p o wer   f r o m   th T AM   d ata  a n d   i ts   lo ad ) ,   an d   with   it  an d   th T AM   p ar am eter s   o r   with   ad d ed   p ar am eter s ,   th s lip ,   an d   r ea ctiv p o wer   ar d et er m in ed .   C o r e,   m ec h a n ical  an d   ad d itio n a lo s s es   ar n o t c o n s id er ed .   W an g   et  a l.   [ 1 5 ]   m eth o d   b a s ed   o n   b alan ce   b etwe en   th e   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer s   s u p p lied   b y   th n etwo r k   an d   d em an d ed   b y   th T AM   is   u s ed .   Fro m   th s o lu tio n   o f   th is   b alan ce ,   th ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer s   ar d eter m in ed   in   ea c h   iter atio n   o f   th lo ad   f lo p r o g r am .   T h m eth o d   ass u m es  t h at  th T AM   o u tp u p o wer   is   d ir ec tly   p r o p o r tio n al   to   th s q u ar o f   th s p ee d .   A r if   et  a l .   [ 3 ]   an d   P er eir et  a l.   [ 2 5 ]   t h eq u iv alen cir cu it sh o wn   in   Fig u r e   3   is   also   u s ed .   T h is   cir cu it d o es n o t c o n s id er   p ar am eter   to   r ep r es en t th co n s tan t a n d   ad d itio n al  lo s s es.   T h SimPo wer Sy s tem ®  o f   Ma tLa b ®  [ 2 6 ]   h as  a   T AM   m o d el   wh ich   r eq u ir es  t h p ar am eter s   an d   th e   m ec h an ical  o u tp u p o wer   o f   th T AM .   T h Po wer   Facto r y ®  [ 2 7 ]   p r o p o s es  two   m eth o d s   to   r ep r esen th e   s tead y - s tate  m o d el  o f   t h T A in   lo ad   f l o s tu d ies:   -   Sli p   I ter atio n   ( Sli p   I ter atio n   AS) .   I is   b ased   o n   th ex ac eq u iv alen cir cu it.  T h m o d el  eq u atio n s   ar ev alu ated   in   s tead y   s tate.   T h u s er   d e f in es  o n ly   t h e   E PS   in p u t.   B y   p e r f o r m in g   th iter atio n s   co r r esp o n d in g   t o   th lo a d   f lo w ,   th s lip   an d   r ea ctiv p o wer   a r d eter m in e d .   -   C o n s tan t PQ  lo ad .   I t is th class ical  m eth o d   o f   r e p r esen tin g   t h T AM .   Usi n g   th eq u iv alen t c i r cu it d i r ec tly   as th m o d el  o f   th T AM ,   as p r o p o s ed   in   th e x is tin g   liter atu r e,     h as th f o llo win g   d is ad v an tag es:   -   I r eq u ir es  k n o wled g o f   all  th p ar am eter s   o f   th cir c u it.  T h is   in f o r m atio n   is   n o p r o v id e d   b y   alm o s an y   m an u f ac tu r er   an d   is   co m p licated   wh en   wo r k in g   with   s ev er al  T AM s   co n n ec ted   to   th s am b u s ,   as  is   th e   ca s in   alm o s t a ll in d u s tr ies.   -   I d o es  n o co n s id er   th ef f ec t   o f   th ty p o f   lo ad   o r   m ec h a n is m   d r iv en   b y   th T AM .   Mo s T AM s   d r iv e   p u m p s ,   co m p r ess o r s ,   o r   ce n tr i f u g al  f an s ,   w h ich   ar v ar iab le  to r q u m ec h an is m s   wh o s s lip   v ar ies with   th v o ltag e.   T h is   asp ec is   n o co n s id er ed   in   m o s o f   th m eth o d s   p r o p o s ed   in   th liter atu r c o n s u lted ,   n o r   in   th SimPo wer Sy s tem ® o r   Dig Sil en t Po wer Facto r y ® so f twar e.   -   T h ey   d o   n o t c o n s id er   th e   ef f ec t o f   f r e q u en c y   v ar iatio n   d ir ec tl y .   -   T h m o d els  r eq u ir e d   f o r   p o wer   f lo s tu d ies  u s u ally   d ir ec tly   r ef lect  th f u n ctio n al  r el atio n s h ip   o f   th e   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer   c o n s u m ed ,   with   th v o ltag an d   f r eq u en cy   d ev iatio n   ar o u n d   i ts   n o m in al  v alu e.     T h co n s id er atio n   o f   th e   v ar iat io n   o f   th f r eq u en cy   a n d   th v o ltag in   th o p er atio n   o f   th T AM   is   an   asp ec th at  g ain s   r elev an ce   in   th ese  tim es  d u to   th in cr ea s i n g   u s o f   v ar iab le  s p ee d   d r iv e s   an d   o f   d is tr ib u ted   g en er atio n   s o u r ce s   th a u s n o n - lin ea r   elem en ts   [ 2 8 ] .   T h e   ty p o f   m ec h an ical  l o ad   th at  t h e   m o to r s   d r i v is   a n   im p o r tan asp ec t   th at  m u s t   b ass es s ed   as  it  d eter m in es  th eir   o p er atin g   c h ar ac ter is tics   an d   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer   d em an d   f r o m   th e   E PS .   Ab o u t   5 5 %   o f   elec tr ic  m o to r s   d r iv e   p u m p s   an d   f a n s   an d   3 7 d r i v e   co m p r ess o r s   an d   c o n v e y o r s   [ 2 9 ] .   T h r elatio n s h ip   b etwe en   s p ee d   an d   m ec h an ical  to r q u o f   p u m p s   an d   f an s   is   q u ad r atic,   an d   th at  o f   co m p r es s o r s   an d   co n v e y o r s   is   co n s tan t.  I n   o th er   ty p es  o f   m ec h a n ical  lo ad   d r iv e n   b y   th e   m o to r   s u ch   as m ix er s   o r   e x tr u d er s ,   th r elatio n s h ip   b etwe en   s p ee d   an d   to r q u e   is   lin ea r   [ 4 ]           Fig u r 3 .   T h eq u iv alen t c ir cu it is   p r o p o s ed   in   t h b ib lio g r ap h y   [ 2 3 ]       I n   s u m m a r y ,   in   E PS   s tu d ies,  T AM   is   r ep r esen ted   as  p u r ely   elec tr ical  lo ad   o f   co n s tan p o wer   o r   co n s tan im p ed an ce   o r ,   at  b est,  ex p r ess ed   b y   c o n s tan s lip   [ 1 7 ] [ 3 0 ] [ 3 1 ] .   I n   T AM ,   th e   b eh av io r   o f   ac tiv e   an d   r ea ct iv p o wer   co n s u m p tio n   to   v o ltag a n d   f r eq u e n cy   d ep en d s   o n   th ty p o f   m ec h an i ca lo ad   th at  d r iv es   an d   th lo a d   f ac to r .   I n   th is   wo r k ,   th ese  f ac to r s   ar co n s id er e d .     2 . 2   P r o po s ed  m o del   Static  lo ad   m o d els  h av e   lo n g   b ee n   a p p lied   to   r ep r esen t   s tatic  lo ad   co m p o n e n ts ,   s u ch   as  r e s is tiv an d   lig h tin g   lo a d s ,   an d   to   esti m ate  d y n a m ic  lo ad   co m p o n e n ts   in   E PS s   [ 3 2 ] .   T h ese  m o d els  ar m ain ly   u s ed   in   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 0 8 3     2 0 9 4   2086   an aly s is   o f   th eq u ilib r iu m   c o n d itio n   o f   E PS   [ 3 3 ] .   Static  lo ad   m o d els  ca n   b e x p r ess ed   as  p o ly n o m ial  o r   ex p o n e n tial m o d el.   T h m o s t u s ed   is   th p o ly n o m ial  m o d el  d ef in ed   as  [ 2 ] :     = 0 [ 1 (  ) 2 + 2 (  ) + 3 ]   ( 1 )      = 1  2 + 2  + 3   ( 2 )     = 0 [ 1 (  ) 2 + 2 (  ) + 3 ]   ( 3 )      = 1  2 + 2  + 3   ( 4 )     W h er e:  ( p 1 ,   p 2 ,   p 3 )   ar e   th c o e f f icien ts   o f   t h Z I m o d el   f o r   th ac tiv p o wer P pu   is   th e   a ct iv p o wer   in   p . u P 0   is   th e   a ctiv p o wer   at  th b ase  v o ltag e ,   ( q 1 ,   q 2 ,   q 3 )   ar th e   c o e f f icien ts   o f   th e   Z I m o d el  f o r   th e   r ea ctiv p o wer is   th v o ltag e,   V base   is   th e   b ase  v o ltag e,   V pu   is   th e   v o ltag in   p . u Q 0   is   t h e   r ea ctiv p o wer   at   th b ase  v o lt ag e ,   an d   Q pu   is   th r ea ctiv p o wer   in   p . u T h p ar am eter s   ( p 1 ,   p 2 ,   p 3 )   an d   ( q 1 ,   q 2 ,   q 3 )   m u s m ee t   th co n d itio n s :     1 + 2 + 3 = 1   ( 5 )     1 + 2 + 3 = 1   ( 6 )       As  ca n   b s ee n ,   th ese  eq u atio n s   h av th r ee   c o m p o n en ts th f ir s t,  p r o p o r tio n al  to   th s q u ar o f   t h v o ltag e,   c o r r esp o n d s   to   a   co n s tan im p ed an ce   lo ad ,   t h s ec o n d ,   p r o p o r tio n al  to   t h v o ltag e,   co r r esp o n d s   to   a   co n s tan t c u r r en t lo ad ,   a n d   th th ir d ,   as a   co n s tan t te r m ,   co r r e s p o n d s   to   co n s tan t p o wer   lo ad .   B ec au s o f   th is ,   th is   r ep r esen tatio n   o f   th lo ad   is   ca lled   th Z I P m o d el  ( Z   I m p ed an ce ,   I   C u r r en t,   P Po wer ) .     T h eq u atio n s   o f   th p o ly n o m i al  m o d el  to   tak e   in to   ac co u n t a ls o   th f r eq u e n cy   v ar iatio n   ar e   [ 3 ] :     = 0 [ 1 (  ) 2 + 2 (  ) + 3 ] ( 1 +   )   ( 7 )      = ( 1  2 + 2  + 3 ) ( 1 +   )   ( 8 )     = 0 [ 1 (  ) 2 + 2 (  ) + 3 ] ( 1 +   )   ( 9 )      = ( 1  2 + 2  + 3 ) ( 1 +   )   ( 1 0 )     W h er e:  K pf   i s   th c o ef f icien t o f   v ar iatio n   o f   th ac tiv p o wer K qf   is   th c o ef f icien t o f   v ar iatio n   o f   th r ea ctiv p o wer ,   an d   Δf   is   th e   d ev iatio n   o f   t h f r e q u en c y   f r o m   th n o m in al T h m o d el  ca n   b r ep r esen ted   s ch em atica lly   as sh o wn   in   Fig u r e   4.           Fig u r e   4 .   Sch em atic  o f   th p o l y n o m ial  m o d el  o f   th T AM         wh er f   is   th f r e q u en c y   o f   th e   E PS .       2 . 2 . 1 .     E s t im a t io n o f   mo del pa ra m e t er s   I n   th a p p licatio n   o f   t h p o ly n o m ial  m o d el,   an   im p o r ta n g o al  is   to   esti m ate  th p ar am ete r s   o f   Fig u r e   4   ( i.e . ,   p 1 ,   p 2 ,   p 3 ,   q 1 ,   q 2 ,   q 3 ,   Kp f ,   an d   Kq f ) .   I n   th is   in v esti g atio n ,   th ex ac t e q u iv alen t c i r c u it sh o wn   in   Fig u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   n ew a p p r o a c h   to   th r ee - p h a s a s yn ch r o n o u s   mo to r   mo d el  f o r   elec tr ic  p o w er   …  ( La u r a   C o lla z o   S o la r )   2087   5   was  u s ed   ap p ly in g   th f o llo win g   m eth o d o l o g y W ith   th d atash ee o r   t h d at p r o v id ed   b y   t h e   m an u f ac tu r er ,   th ci r cu it p ar a m eter s   ar esti m ated ,   f o llo win g   th m eth o d   ex p lain ed   in   [ 3 4 ] .   -   C o n s id er in g   th ch ar ac ter is tics   o f   th d r iv en   m ec h an is m   an d   u s in g   th m eth o d   ex p lai n ed   in   th n ex s ec tio n ,   th v o ltag e   is   v ar ied   in   s u itab le  r an g e   at  th n o m in al  f r eq u en cy .   Fo r   ea ch   v o ltag v alu e,   th e   cir cu it  is   s o lv ed ,   an d   t h a ctiv an d   r ea ctiv e   in p u p o wer   is   d eter m i n ed .   At  th e   s am tim e,   th e   ch ar ac ter is tic  m o d el  th at  r elat es th p o wer s   to   th v o ltag p er   u n it is   o b tain e d .   -   T h p ar am eter s   in   ( 2 )   an d   ( 4 )   ar o b tain ed   u s in g   c u r v f itti n g   m eth o d .   -   R ep ea t step   2   b u t v ar y in g   t h f r eq u en c y   d ev iatio n   at  th n o m in al  v o ltag e.   -   T h p ar am eter s   in   ( 7 )   an d   ( 9 )   ar o b tain ed   u s in g   c u r v f itti n g   m eth o d .           Fig u r e   5 .   E x ac t e q u i v alen t c ir cu it o f   th T AM   [ 2 7 ]       wh er f   is   th f r e q u en c y   o f   th e   E PS .     2 . 2 . 2 .   Co ns idera t io n o f   t he  i nfluence   o f   m ec ha nica l lo a driv en  by   t he  T A M   Nex t,  how   th p r o p o s ed   m et h o d   co n s id er s   th in f l u en ce   o f   th ty p o f   m ec h an ical  lo ad   t h at  d r iv es  th T AM   o n   th b e h av io r   o f   t h ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   d em an d   a n d   th v o ltag an d   f r eq u en cy   o f   th E PS   is   ex p lain ed .   T h e   two   ty p es o f   m ec h an ical  lo ad   th at  ca n   d r iv A T Ms a r e:       C o n s tan t to r q u lo a d s .     =   ( 1 1 )       Var iab le  to r q u e   lo ad s .     = 0 + 1 + 2 2   ( 1 2 )     wh er e:   T mec   is   th m ec h an ical  to r q u e,   T c   is   th t o r q u at  th in ter s ec tio n   p o in o f   t h ch a r ac ter is tic  cu r v o f   th m o to r   an d   th lo a d ,   ( T o ,   T 1 ,   T 2 )   ar t h v ar ia b le   to r q u m o d el  co e f f icien ts ,   an d   n   is   th s p ee d   o f   th r o to r   s h af t T h eq u atio n   o f   elec tr o m ag n etic  to r q u p r o d u ce d   b y   th T AM ,   d ep e n d in g   o n   t h e   p ar am eter s   o f   t h eq u iv alen t c ir cu it,   is   [ 2 4 ] :      = 3 1 2 2 [ ( 1 + 2 ) 2 + ( 1 + 2 ) 2 ]   ( 1 3 )     wh er T em   is   th elec tr o m ag n e tic  to r q u an d   ω s   is   th a n g u la r   s y n ch r o n ic  v elo city .   I n   th s tead y - s tate  o p er atin g   z o n o f   th T AM ,   th f o llo win g   is   f u lf illed     2 > > 1   ( 1 4 )     2 > > 1 + 2   ( 1 5 )   C o n s id er in g   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 ) ,   ( 1 3 )   ca n   b wr itten   as:      = 3 1 2 2   ( 1 6 )     C o n s id er in g   th at  3 ,   ω s ,   an d   R 2   ar co n s tan ts ,   ( 1 6 )   ca n   b wr itten   as:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 0 8 3     2 0 9 4   2088    = 1 1 2   ( 1 7 )     T h co n s tan t K 1   ca n   b e x p r e s s ed   as:     1 = 1 2   ( 1 8 )     W h er K 1   is   th c o n s tan u s ed   f o r   t h elec tr o m a g n etic  to r q u m o d el  as  f u n ctio n   o f   v ar iab le  v o ltag a n d   co n s tan t f r eq u en cy T mecn   is   th n o m in al  m ec h an ical  to r q u a n d   V 1n   is   th n o m i n al  v o ltag p er   p h ase.     T h s lip   is   r elate d   to   s p ee d   th r o u g h :     = ( 1 )   ( 1 9 )     I n   th e   ca s o f   c o n s tan to r q u e   lo ad ,   ( 1 1 )   is   u s ed ,   eq u atin g   t h m ec h a n ical  to r q u e   with   th a o f   th l o ad .   I f   th e   v o ltag d ec r ea s es,  th s lip   m u s in cr ea s s o   th at   th e   to r q u r em ain s   c o n s tan an d   v ice  v er s a.   T h is   m a k es  it  p o s s ib le  to   ass u m th at  th p r o d u ct  ( s V1 2 )   r em ain s   c o n s tan t ( s ee   ( 1 7 ) )   an d   t h en :     = 1 2   ( 2 0 )     W h er K v   is   th c o n s tan t   u s e d   f o r   t h elec tr o m a g n etic  to r q u m o d el  as  f u n ctio n   o f   v ar iab le  v o ltag a n d   co n s tan t f r eq u en cy   T h alg o r ith m   to   b p r o g r a m m ed   is   b ased   o n   ass u m in g   lo ad   to r q u v alu f o r   wh ich   th co r r esp o n d in g   Kv   is   ca lcu late d   an d   th en   v ar y i n g   th v o ltag e   f r o m   8 0 to   1 2 0 o f   t h n o m in al  o n e.   Fo r   ea c h   v o ltag v al u e,   ca lcu late   th a ctiv p o wer   an d   th r ea ctiv i n p u p o wer .   T h is   m ak es  it   p o s s ib le  to   o b tain   t h e   ch ar ac ter is tics   o f   th ese  two   v a r iab les as a   f u n ctio n   o f   th v o l tag e.   I n   th ca s o f   v ar iab le  to r q u e,   it  s h o u ld   b n o ted   th at  v a r y in g   th s lip   also   ch an g es  th to r q u as  th s p ee d   n   n s   ( 1 - s )   v a r ies.    wh er n s   is   th s y n ch r o n ic  s p e ed .   Fo r   th v ar ia b le  to r q u e ,   it is   s atis f ied   th at:     = 0 + 1 + 2 2   ( 2 1 )     = 0 + 1 ( 1 ) + 2 2 ( 1 2 + 2 )   ( 2 2 )     = ( 0 + 1 + 2 2 ) ( 1 + 2 2 2 ) + 2 2 2   ( 2 3 )   Su b s titu tin g   ( 1 6 )   in   ( 1 8 )   it is   o b tain ed   th at:      1 = 3 2   ( 2 4 )     E q u at io n   ( 1 7 )   an d   ( 2 3 )   an d   m ak in g   s o m tr a n s f o r m atio n s   ar e   o b tain ed :     0 = ( 0 + 1 + 2 2 ) ( 1 + 2 2 2 + 1 1 2 ) + 2 2 2   ( 2 5 )     0 = ( 0 + 1 + 2 2 )   ( 2 6 )     1 = ( 1 + 2 2 2 + 1 1 2 )   ( 2 7 )     2 = 2 2   ( 2 8 )     W h er A 0 , A 1 , A 2   ar v ar iab le  lo ad   an d   co n s tan t f r e q u en c y   m o d el  co ef f icien ts .   T h eq u atio n   th at  g iv es th s lip   v alu f o r   ea c h   v o ltag e   v alu is :   0 = 0 1 + 2 2   ( 2 9 )   T h is   eq u atio n   h as two   s o lu tio n s ,   o n o f   th e m   is   with in   th r an g o f   p o s s ib le  s lip   v alu es ( 0   <s < 1 )   an d   th o th er   s o lu tio n   e x ce ed s   th i s   v alu b y   m o r t h an   1 0   tim e s   an d   is   th er ef o r n o co n s id e r ed .   W ith   th s lip   v alu g iv en   b y   th ese  eq u atio n s ,   th eq u iv alen cir cu it  is   s o l v ed   f o r   ea c h   o f   th v o ltag v a lu es  an d   th v alu es   o f   ac tiv p o wer   an d   r ea ctiv p o wer   ar ca lcu lated ,   as it w as d o n in   th co n s tan t to r q u e   lo ad .     I n   th ca s o f   f r eq u en cy   v ar iat io n ,   in   ( 8 )   a n d   ( 1 0 )   th v o ltag e   is   m ad in   p er   u n it e q u al  to   1   an d   is   o b tain ed :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   n ew a p p r o a c h   to   th r ee - p h a s a s yn ch r o n o u s   mo to r   mo d el  f o r   elec tr ic  p o w er   …  ( La u r a   C o lla z o   S o la r )   2089    = ( 1 +   )   ( 3 0 )      = ( 1 +   )   ( 3 1 )     Fre q u en cy   v ar iatio n   im p lies   a   n ew  v alu e   o f   s y n ch r o n o u s   s p e ed   an d   r e q u ir es  a   n ew  wa y   o f   d eter m in in g   to r q u e   f r o m      = 3 1 2 2   ( 3 2 )      = 3 2 ( 1 ) 2 ( )   ( 3 3 )     T h ter m   V1 s   e x p r ess ed   p er   u n it  c o in cid es  with   th e   m ag n etic  f lu x   p er   u n it  ( V/f =k )   b ec au s it  is   p r o p o r tio n al  to   it.  T h f o llo win g   ter m   is   th en   d ef in e d   as “ E q u iv alen t Flu x ”.      = 1   ( 3 4 )     Su b s titu tin g   ( 3 4 )   in   ( 3 3 )   it is   o b tain ed   th at:      =  2 ( )   ( 3 5 )     W h er K ω   is   t h c o n s tan u s e d   f o r   t h elec tr o m ag n etic   to r q u m o d el   as  f u n ctio n   o f   v ar iab le  v o ltag a n d   f r eq u e n cy ɸ eq   is   th e q u iv alen t f lu x   an d   ω r   is   th a n g u lar   s h a f t sp ee d T h c o n s tan t K ω   is   c alcu lated   as :     =  2 (   )   ( 3 6 )     W h er ɸ eqn   is   th n o m in al  eq u iv alen f lu x ω rn   is   th n o m i n al  an g u lar   s h af s p ee d   an d   ω sn   is   th n o m in a an g u lar   s y n ch r o n ic  v elo city I n   th ca s o f   c o n s tan t to r q u l o ad ,   f r eq u e n cy   v al u es a r ex p r ess ed   as:     = +    ( 3 7 )     W h er fn   is   th n o m in al  f r e q u en cy .   T h is   f r eq u e n cy   is   s u b s titu ted   in :     = 2   ( 3 8 )     W h er p   is   th n u m b er   o f   p o les o f   th m o t o r .   T h is   eq u atio n   an d   ( 3 4 )   with   t h n o m in al  p a r am eter s   ar r e p lace d   in   ( 3 6 ) .   T h r ea ctan ce   v alu es  ar ch an g ed   ac co r d in g   to   th f r e q u en c y .   W ith   th ese  v alu es a n d   th o th er   T AM   p ar am eter s ,   th eq u iv alen t c ir cu it is   s o lv ed ,   an d   th ac tiv p o wer   a n d   th e   r ea ctiv p o wer   a r ca lcu lated .   I f   th lo a d   is   o f   v ar iab le  to r q u e,   ( 2 3 )   is   ( 3 5 )   an d   th s p ee d   in   r p m   ( n )   is   r ep lace d   b y   th s p ee d   in   r ad /s   ( ω s )   ap p ly in g   ( 3 9 ) .     = ( 30 )   ( 3 9 )     0 = ( 0 + 1 ( 30 ) + 2 ( 30 ) 2 2 ) (  2 + 1 ( 30 ) + 2 2 ( 30 ) 2 2 ) + ( 2 ( 30 ) 2 2 ) 2   ( 4 0 )     0 = ( 0 + 1 ( 30 ) + 2 ( 30 ) 2 2 )   ( 4 1 )     1 = (  2 + 1 ( 30 ) + 2 2 ( 30 ) 2 2 )   ( 4 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 0 8 3     2 0 9 4   2090   2 = ( 2 ( 30 ) 2 2 )   ( 4 3 )     W h er ( B 0 , B 1 , B 2 )   ar th v ar iab le  lo ad   an d   f r e q u en c y   m o d el  co ef f icien ts .   I n   ( 4 0 )   is   th en   lik e:     0 1 + 2 2 = 0   ( 4 4 )     So lv in g   th is   s ec o n d - d eg r ee   e q u atio n ,   two   s o lu tio n s   ar o b tain ed ,   th s m allest  ( 0   < s   <1 )   is   v alid   b ec au s i t   co r r esp o n d s   to   th e   n o r m al  v al u es  o f   s lip   in   th T AM .   T h e   r est  o f   th p r o ce d u r e   is   th s a m as  f o r   co n s tan to r q u lo a d .       3.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O NS     Ap p licatio n   o f   t h m eth o d   to   a   ca s s tu d y   T o   illu s tr ate  th m et h o d ,   th T AM   o f   th e   f ee d i n g   p u m p   o f   th er m al  p o wer   p lan o f   2 5 0 0   k W 6 0 0 0   V;  2   p o les an d   6 0   Hz  is   s elec ted ,   wh o s d ata  is   p r o v id ed   b y   th m an u f ac t u r er ,   a n d   p a r am et er s   ca lcu lated   f r o m   th ese  d ata,   ap p ea r   in   [ 3 4 ] .   T o   d eter m in th ch ar ac ter is tics   o f   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   as  f u n ctio n   o f   v o ltag f o r   b o th   co n s tan an d   v ar iab le  to r q u e,   a n   o p er atin g   p o in at  n o m in al  v o ltag c o r r esp o n d in g   to   7 5 %   o f   th n o m in al  lo a d   was  ass u m ed   in   b o th   ca s es,  at  wh ich   th ac tiv p o wer   co n s u m e d   is   P=1 8 1 7   k W   an d   th r ea ctiv Q= 1 1 3 4   k VAr .   Fo r   th is ,   MA T L AB   [ 2 6 ]   p r o g r am   was  u s ed   with   t h alg o r i th m   d escr ib ed   in   a   p r ev io u s   s ec tio n .     Fig u r e   ( a)   s h o ws  th ch a r ac t er is tic  o f   ac tiv p o wer   as  f u n ctio n   o f   v o ltag an d   in   Fig u r 6   ( b )   th e   ch ar ac ter is tic  o f   r ea ctiv p o w er   as  f u n ctio n   o f   v o ltag at   n o m in al  f r eq u en cy .   I n   b o th   c ases   f o r   c o n s tan to r q u lo ad   an d   v ar iab le  to r q u lo a d T h e   ch ar ac ter is ti cs  v ar y   v er y   litt le  with   th ty p e   o f   lo a d .   I is   o n ly   n o ticea b le  in   th ac tiv e   p o wer   ch ar ac ter is tic,   f o r   v o ltag v al u es  ar f ar   f r o m   th n o m in al  o n e.   I is   also   an al y ze d   h o w   th c o n s u m p tio n   o f   ac tiv e   an d   r ea ctiv p o wer   v a r ies  as  f u n ct io n   o f   th e   v o ltag w h e n   th m ec h an ical   lo ad   o f   th e   T AM   also   v ar ie s ,   b o th   f o r   c o n s tan an d   v a r iab le  to r q u lo ad   at   n o m in al  f r eq u e n cy .   Fig u r e s   ( a) - ( b )   s h o ws  th c h ar ac ter is tics   o f   ac tiv a n d   r ea ctiv p o w er   as  f u n ctio n   o f   v o ltag e.   I n   th is   ca s e,   th to r q u lo ad s   with   co n s tan t   an d   v ar i ab le  ch ar ac ter is tics   h av th s am b eh av i o r .           Fig u r e   6 .   T h ese  f ig u r es a r e;  ( a )   c h ar ac ter is tic  o f   ac tiv p o we r   as a   f u n ctio n   o f   th v o ltag e ,   ( b )   c h ar ac ter is tic  o f   r ea ctiv p o wer   as a   f u n ctio n   o f   th v o ltag e           Fig u r e   7 .   C h ar ac ter is tics   o f ; ( a )   ac tiv e   p o wer   an d   ( b )   r ea ctiv e   p o wer   as a   f u n ctio n   o f   v o ltag at  d if f er en t l o ad   f ac to r s   f o r   c o n s tan t   an d   v ar iab le   to r q u lo a d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   n ew a p p r o a c h   to   th r ee - p h a s a s yn ch r o n o u s   mo to r   mo d el  f o r   elec tr ic  p o w er   …  ( La u r a   C o lla z o   S o la r )   2091   I is   o b s er v ed   th at  th e   h ig h e r   t h lo ad ,   th g r ea ter   th e   v ar iati o n   o f   th ac tiv e   p o we r   with   th v o ltag e   an d   th lo wer   th r ea ctiv p o wer .   I ca n   also   b n o ted   th at,   in   b o th   ca s es,  th lo wer   th lo ad ,   th lin ea r ity   o f   th ch ar ac ter is tic  in c r ea s es.  Usi n g   th e   B asic  Fit tin g   o p tio n   o f   MA T L AB   [ 2 6 ] ,   th e   p ar am eter s   co r r esp o n d in g   to   th v o ltag f o r   th m o d el  a r g iv en   b y   ( 2 )   an d   ( 4 )   we r d eter m in ed   a n d   ap p ea r   in   T a b le  1   f o r   t h ca s o f   v ar iab le  to r q u e T o   d ete r m in e   th c h ar ac ter is tics   o f   ac tiv a n d   r ea ctiv p o wer   as  f u n cti o n   o f   t h f r eq u e n cy   d ev iatio n   f o r   b o th   c o n s tan to r q u a n d   v ar iab le   to r q u e,   an   o p er atin g   p o in at   n o m in al   v o ltag co r r esp o n d in g   to   7 5 o f   th n o m in al  lo a d   was  ass u m ed   in   b o th   ca s es,  at  w h ich   th p o wer   co n s u m ed   is   1 8 1 7   k W   an d   Q   1 1 3 4   k VAr .       T ab le  1 Mo d el  p ar am ete r s   f o r   v ar iab le  to r q u lo a d ,   at  d i f f er en t lo ad   f ac to r s ,   an d   n o m in al  f r eq u en c y   P a r a me t e r s   1 0 0   %     7 5   %   5 0   %   2 5   %   p1   - 0 . 4 4   - 0 . 2 8   - 0 . 1 3   0 . 0 0 4 6   p2   1 . 2   0 . 7 4   0 . 3 9   0 . 1 3   p3   0 . 2 8   0 . 5 3   0 . 7 4   0 . 8 7   q1   1 . 3   1 . 3   1 . 2   1 . 1   q2   - 2 . 1   - 1 . 7   - 1   - 0 . 3 1   q3   1 . 7   1 . 3   0 . 7 8   0 . 2 1       Fig u r es   8   ( a) - ( b )   s h o ws  th ac tiv p o wer   an d   r ea ctiv p o wer   ch ar ac ter is tic as  f u n ctio n   o f   th e   f r eq u e n cy   d ev iatio n   i n   b o th   ca s es,  f o r   co n s tan to r q u lo ad   an d   v ar iab le  to r q u lo a d .   As  ca n   b s ee n   in   F ig u r th e   ac tiv p o wer   ch a r ac ter is tics   as  f u n ctio n   o f   th f r eq u e n cy   d e v iatio n   f r o m   th n o m in al,   a r lin ea r   with   m u ch   g r ea ter   s lo p e   in   th ca s o f   v ar iab le   to r q u l o ad s .   Ho wev er ,   th e   v a r iatio n   i n   r ea ctiv e   p o wer   is   p r ac tically   n eg lig i b le.   T h is   b eh av io r   ex p lain s   th e   ad v a n ta g o f   u s in g   v ar iab le   s p ee d   d r iv es  in   th is   ty p e   o f   m ec h an ical  lo a d   d r iv en   b y   th m o to r   f o r   s av i n g   elec tr ical   en er g y   [ 8 ] [ 3 5 ] .   Nex t,   th e   v a r iatio n   o f   th e   ac tiv e   an d   r ea ctiv e   p o wer   co n s u m p t io n   is   an aly ze d   as  f u n ctio n   o f   t h f r e q u en c y   d e v iatio n   a n o m in al  v o ltag e,   wh en   th lo ad   f ac to r   o f   th T AM   also   v ar ies.  Fig u r es  9   ( a) - ( b )   s h o ws  th v ar iatio n   f o r   c o n s tan to r q u lo a d s   an d   Fig u r 1 0   ( a) - ( b )   s h o ws  f o r   v ar ia b le  to r q u lo ad s .   I n   b o th   c ases ,   th ac tiv p o w er   is   r ep r esen ted   in   Fig u r es 9   ( a) ,   a n d   1 0   ( a )   th en   t h r ea ctiv p o wer   in   Fig u r es 9   ( b ) ,   a n d   1 0   ( b ) .           Fig u r e   8 .   C h ar ac ter is tic  o f ; ( a )   ac tiv p o wer   a n d   ( b )   r e ac tiv e   p o wer   as a   f u n ctio n   o f   f r e q u en cy   v ar iatio n           Fig u r 9 C h ar ac ter is tics   o f ; ( a )   ac tiv p o wer   an d   ( b )   r ea ctiv e   p o wer   as a   f u n ctio n   o f   f r eq u e n cy   v ar iatio n   at  d if f er en t lo a d   f ac to r s   f o r   c o n s tan t to r q u e   lo ad   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 0 8 3     2 0 9 4   2092       Fig u r 1 0 .   C h ar ac ter is tics   o f ; ( a)   ac tiv p o wer   an d   ( b )   r ea ctiv p o wer   as a   f u n ctio n   o f   f r eq u en cy   v ar iati o n   at  d if f er en t lo a d   f ac to r s   f o r   v ar ia b le  to r q u e   lo ad       T h ac tiv e   p o wer   ch ar ac te r is tic  as  f u n ctio n   o f   th f r eq u en cy   d ev iatio n   ab o u th e   n o m in al  is   p r ac tically   in d e p en d e n o f   th e   lo ad   f ac to r ,   th at   is ,   it  ca n   b e   ass u m ed   th at  it  o n ly   d ep e n d s   o n   th e   ty p e   o f   lo a d .   R eg ar d in g   th e   r ea ctiv e   p o wer   ch ar ac ter is tic,   it  ca n   s till   b ass u m ed   th at  th v ar iatio n   o f   th r ea ctiv p o wer   with   th f r eq u e n cy   d e v iatio n   i s   p r ac tically   n eg lig ib le.   T ab le   2   s h o ws  th p ar am eter s   r elat ed   to   th f r e q u en c y   v ar iatio n   o f   th m o d el  o f   ( 1 5 ) .       T ab le  2 Mo d el  p ar am ete r s   co r r esp o n d i n g   to   f r eq u en cy   d ev i atio n ,   at  d if f e r en t lo a d   f ac to r s ,   an d   n o m in al  v o ltag e   P a r a me t e r s   1 0 0 %   7 5 %   5 0 %   2 5 %   K p f   ( c o n s t a n t   l o a d )   0 . 8 1   0 . 8 8   0 . 9 2   0 . 9 3   K p f   ( v a t i a b l e   l o a d )   2 . 5   2 . 6   2 . 8   2 . 8       4.   CO NCLU SI O N   Acc o r d in g   to   th r esu lts ,   th f o llo win g   co n clu s io n s   ca n   b r ea ch ed T h r ep r esen tatio n   o f   th T AM   th r o u g h   q u ad r atic  p o l y n o m ial  is   v er y   s u itab le  f o r   its   ap p l icatio n   in   th an aly s is   o f   E PS   p er f o r m an ce .   T h e   m o s co n v e n ien p r o ce d u r to   d eter m in th e   m o d el  p ar am et er s   is ,   b ased   o n   t h in f o r m ati o n   p r o v id e d   b y   th e   m an u f ac tu r er ,   to   ca lcu late  th p ar am eter s   o f   th e x ac eq u iv alen cir cu it  an d ,   th r o u g h   it,  to   d eter m in th e   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   c h ar ac ter is tics   as   f u n ctio n   o f   th v o ltag an d   th f r eq u e n c y   d ev i atio n   ar o u n d   n o m in al  o n e .   W ith   th ese  ch ar ac ter is tics ,   an d   ap p ly in g   s o m cu r v f itti n g   m eth o d ,   d eter m in th p ar am eter s   o f   th p r o p o s ed   m o d el.   T h m o d el  p ar am eter s   d ep en d ,   in   g e n er al,   o n   th ty p ( co n s tan to r q u o r   v a r iab le   to r q u e)   an d   m ag n itu d e   o f   th m ec h an ical  lo a d   d r iv en   b y   th e   T AM .   T h e   ch ar ac te r is tics   o f   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer   as  a   f u n ctio n   o f   th e   v o ltag d o   n o d e p en d   o n   th ty p o f   lo a d ,   b u o n   its   m ag n itu d e,   wh ile  th e   ch ar ac ter is tics   as  f u n ctio n   o f   th e   f r e q u en c y   d e v iatio n   d ep en d   o n   th t y p e   o f   lo ad   b u n o o n   its   m ag n itu d e.   Activ p o wer   v ar ies  m u c h   m o r with   f r e q u en c y   in   th e   ca s o f   T AM   th at  d r iv e s   v ar iab le  to r q u e   m ec h an is m   th an   if   th e   m ec h a n is m   is   co n s tan to r q u e.   T h r ea ctiv p o wer   co n s u m ed   b y   t h T AM   v ar ies  v er y   litt le  as a   f u n ctio n   o f   t h f r e q u en cy   d e v iatio n .   B ec au s o f   th i s ,   it is   p r o p o s ed   to   d is r eg ar d   it .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  J.  G ra in g e a n d   W .   D.  S tev e n so n ,   P o we s y ste m   a n a ly sis,”   Ne w Yo rk M c G ra w Hil l,   1 9 9 4 .   [2 ]   P .   S .   Ku n d u r ,   P o we S y ste m   S ta b il it y   a n d   Co n tro l,   T h ir d   Ed it io n .   M c G ra w Hil l,   In c . ,   1 9 9 3 .   [3 ]   A.  Arif,   Z.   Wan g ,   J .   Wa n g ,   B.   M a t h e r,   H.   Ba sh u a l d o   a n d   D.  Zh a o ,   Lo a d   M o d e li n g - Re v iew ,   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   S m a rt Grid ,   v o l.   9 ,   n o .   6 ,   p p .   5 9 8 6 - 5 9 9 9 ,   2 0 1 8 ,   d o i 1 0 . 1 1 0 9 /T S G . 2 0 1 7 . 2 7 0 0 4 3 6 .     [4 ]   M .   J.  S .   Zu b e ri,   A.  Ti j d in k ,   a n d   M .   K.  P a tel,   Tec h n o - e c o n o m ic  a n a ly sis  o e n e rg y   e fficie n c y   i m p ro v e m e n in   e lec tri c   m o to d ri v e n   sy ste m in   S wiss   i n d u stry ,   A p p li e d   En e rg y ,   v o l.   2 0 5 ,   n o .   Ja n u a ry ,   p p .   8 5 - 1 0 4 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j. a p e n e rg y . 2 0 1 7 . 0 7 . 1 2 1 .   [5 ]   Ç.   Ac a r,   O.   C.   S o y g e n c ,   a n d   L .   T.   Er g e n e ,   In c re a sin g   th e   Eff ici e n c y   t o   IE 4   Clas fo r   5 . 5   k W   In d u c ti o n   M o to r   Us e d   in   In d u strial  A p p li c a ti o n s,”   In ter n a t io n a Rev iew  o El e c trica En g i n e e rin g ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   p .   6 7 ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 5 8 6 6 /i re e . v 1 4 i 1 . 1 6 3 0 7 .   [6 ]   E.   C.   Qu i sp e ,   V.  S .   S a n to s,  I.   D.  p e z ,   J.  R.   G ó m e z ,   a n d   P .   R.   Vie g o ,   Th e o re ti c a An a ly sis   o th e   Vo lt a g e   Un b a lan c e   F a c to t o   C h a ra c teriz e   Un b a lan c e   P r o b lem in   In d u c ti o n   M o to rs,”  I n t.   Rev .   El e c tr.  En g . ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i:   1 0 . 1 5 8 6 6 /i re e . v 1 6 i1 . 1 8 8 8 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.