<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">ipolytech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">iPolytech Journal</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>iPolytech Journal</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2782-4004</issn><issn pub-type="epub">2782-6341</issn><publisher><publisher-name>Irkutsk National Research Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21285/1814-3520-2018-8-104-113</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">ipolytech-154</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ЭНЕРГЕТИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>POWER ENGINEERING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА, БАЗИРУЮЩАЯСЯ НА ТЕОРИИ ПРЕЙЗАХА</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>MATHEMATICAL MODEL OF PREISACH THEORY-BASED MAGNETIC HYSTERESIS</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Андреев</surname><given-names>М. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Andreev</surname><given-names>M. V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">andreevmv@tpu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Спица</surname><given-names>М. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Spitsa</surname><given-names>M. V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">mariya.spica@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Киевец</surname><given-names>А. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kievets</surname><given-names>A. V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">kievec.v.l@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Национальный исследовательский Томский политехнический университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>National Research Tomsk Polytechnic University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>15</day><month>09</month><year>2020</year></pub-date><volume>22</volume><issue>8</issue><fpage>104</fpage><lpage>113</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Андреев М.В., Спица М.В., Киевец А.В., 2020</copyright-statement><copyright-year>2020</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Андреев М.В., Спица М.В., Киевец А.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Andreev M.V., Spitsa M.V., Kievets A.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/154">https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/154</self-uri><abstract><p>ЦЕЛЬ. В условиях постоянного усложнения электроэнергетических систем все более актуальной становится задача обеспечения адекватности функционирования устройства релейной защиты. Для ее решения авторы предлагают использовать детализированные математические модели совокупности измерительных трансформаторов релейной защиты совместно с современными симуляторами электроэнергетических систем. Очень важным является адекватное моделирование измерительных трансформаторов, в частности процесса намагничивания сердечника, поскольку измерительные трансформаторы во многом определяют форму контролируемого сигнала релейной защиты и влияют на ее работу. Однако, ввиду отсутствия точного математического описания характеристики намагничивания сердечника измерительного трансформатора, в настоящее время используются упрощенные модели, не отражающие всех протекающих в сердечнике процессов. Целью работы является разработка математической модели гистерезиса, обладающая высокой точностью воспроизведения процессов перемагничивания сердечника трансформатора. МЕТОДЫ. Основным методом исследования является математическое моделирование процессов перемагничивания ферромагнитного материала. Для проведения исследований использовался программный комплекс MathCAD. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В статье представлены фрагменты разработки и исследования математической модели с памятью магнитного гистерезиса, базирующейся на теории Прейзаха, адекватно воспроизводящей как предельные, так и частные петли гистерезиса. ВЫВОДЫ. Анализ существующих математических моделей трансформаторов тока позволил выявить наиболее перспективный подход для описания процесса намагничивания - теория Прейзаха, которая из-за сложности реализации в распространенных программных и программно-аппаратных комплексах не применяется. На основе теории Прейзаха для описания процесса магнитного гистерезиса была разработана математическая модель гистерезиса с памятью состояния вещества и проведены предварительные исследования данной модели, подтвердившие правильность ее работы.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>PURPOSE. As the complexity of electric power systems (EPS) constantly increases, the task of ensuring adequate operation of relay protection devices (RP) is becoming more and more relevant. To solve it the authors propose to use the detailed mathematical models of the combination of measuring transformers of relay protection together with modern EPS simulators. The adequate modeling of measuring transformers is very important, in particular, the core magnetization process, since measuring transformers in many respects determine the shape of the controlled signal of relay protection and affect its operation. However, the absence of an accurate mathematical description of the characteristics of measuring transformer core magnetization leads to the use of simplified models which do not reflect all processes in the core. The purpose of the work is development of a mathematical model of hysteresis featuring high reproduction accuracy of transformer core magnetization reversal processes. METHODS. The main research method is mathematical modeling of ferromagnetic material magnetization reversal. The research is performed using the MathCAD software package. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The article presents the fragments of development and study of a mathematical model with a magnetic hysteresis memory based on the Preisach theory, which reproduces both major and minor hysteresis loops with high accuracy. CONCLUSIONS. The analysis of existing mathematical models of current transformers allowed to identify the most promising approach for describing the magnetization process i.e. Preisach theory, which, due to the complexity of its implementation is not used in widely spread software and hardware/software complexes. A mathematical model of a hysteresis with the memory of matter state has been developed on the basis of the Preisach theory for describing the magnetic hysteresis process. The preliminary studies of the model confirmed the correctness of model operation.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>релейная защита</kwd><kwd>магнитный гистерезис</kwd><kwd>инверсная модель гистерезиса</kwd><kwd>теория Прейзаха</kwd><kwd>предельная петля гистерезиса</kwd><kwd>частная петля гистерезиса</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>relay protection</kwd><kwd>magnetic hysteresis</kwd><kwd>inverse hysteresis model</kwd><kwd>Preisach theory</kwd><kwd>major hysteresis loop</kwd><kwd>minor hysteresis loop</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hermann W. Dommel. Digital computer solution of electromagnetic transients in single- and multiphase networks // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. 1969. Vol. 88. No. 4. P. 388-399.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hermann W. Dommel. Digital computer solution of electromagnetic transients in single- and multiphase networks // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. 1969. Vol. 88. No. 4. P. 388-399.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Матюк В.Ф., Осипов А.А. Математические модели кривой намагничивания и петель магнитного гистерезиса. Ч. I. Анализ моделей // Неразрушающий контроль и диагностика. 2011. № 2. С. 3-35.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Матюк В.Ф., Осипов А.А. Математические модели кривой намагничивания и петель магнитного гистерезиса. Ч. I. Анализ моделей // Неразрушающий контроль и диагностика. 2011. № 2. С. 3-35.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Deane J.H.B. Modeling the dynamics of nonlinear inductor circuits. IEEE Transactions on Magnetics. 1994. Vol. 30. Issue 5. P. 1-13.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Deane J.H.B. Modeling the dynamics of nonlinear inductor circuits. IEEE Transactions on Magnetics. 1994. Vol. 30. Issue 5. P. 1-13.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Наумов В.А, Шевцов В.М. Математические модели трансформатора тока в исследованиях алгоритмов дифференциальных защит // Электрические станции. 2003. № 3. С. 51-56.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Наумов В.А, Шевцов В.М. Математические модели трансформатора тока в исследованиях алгоритмов дифференциальных защит // Электрические станции. 2003. № 3. С. 51-56.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Новаш И.Ф., Румянцев Ю.Ф. Упрощенная модель трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 5. С. 23-38.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Новаш И.Ф., Румянцев Ю.Ф. Упрощенная модель трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 5. С. 23-38.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Король Е.Г. Анализ методов моделирования петли гистерезиса ферромагнитных материалов // Електротехніка і Електромеханіка. 2007. № 6. C. 44-47.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Король Е.Г. Анализ методов моделирования петли гистерезиса ферромагнитных материалов // Електротехніка і Електромеханіка. 2007. № 6. C. 44-47.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Preisach F., Fur Z. Phys. 94, 277 (1935).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Preisach F., Fur Z. Phys. 94, 277 (1935).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Eichler Ja., Novák M., Košek M. Differences between Preisach Model and Experiment for Soft Ferromagnetic Materials, Effect of Instrument Accuracy // IEEE International Workshop of Electronics, Control, Measurement, Signals and their Application to Mechatronics (ECMSM). 2017.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Eichler Ja., Novák M., Košek M. Differences between Preisach Model and Experiment for Soft Ferromagnetic Materials, Effect of Instrument Accuracy // IEEE International Workshop of Electronics, Control, Measurement, Signals and their Application to Mechatronics (ECMSM). 2017.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Willerich S., Herzog H.-G. Interpretation of an Energy Based Hysteresis Model as a Scalar Preisach Operator // IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC). 2016. P. 13.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Willerich S., Herzog H.-G. Interpretation of an Energy Based Hysteresis Model as a Scalar Preisach Operator // IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC). 2016. P. 13.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Tousignant M., Sirois F., Kedous-Lebouc A. Identification of the Preisach Model Parameters Using Only The Major Hysteresis Loop and The Initial Magnetization Curve // IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC). 2016. P. 11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tousignant M., Sirois F., Kedous-Lebouc A. Identification of the Preisach Model Parameters Using Only The Major Hysteresis Loop and The Initial Magnetization Curve // IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC). 2016. P. 11.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Anooshahpour F., Polushin I.G., Patel R.V. Classical Preisach Model of Hysteretic Behavior in a da Vinci Instrument // IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM). 2016. P. 1392-1397.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Anooshahpour F., Polushin I.G., Patel R.V. Classical Preisach Model of Hysteretic Behavior in a da Vinci Instrument // IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM). 2016. P. 1392-1397.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Eichler J., Novák M., Košek M. Experimental-numerical method for identification of weighting function in Preisach model for ferromagnetic materials // International Conference on Applied Electronics (AE). 2016.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Eichler J., Novák M., Košek M. Experimental-numerical method for identification of weighting function in Preisach model for ferromagnetic materials // International Conference on Applied Electronics (AE). 2016.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Eichler J., Novák M., Košek M. Implementation of the first order reversal curve method for identification of weight function in Preisach model for ferromagnetics // ELEKTRO. 2016. P. 602-607.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Eichler J., Novák M., Košek M. Implementation of the first order reversal curve method for identification of weight function in Preisach model for ferromagnetics // ELEKTRO. 2016. P. 602-607.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zsurzsan T.-G., Andersen M.A.E., Zhe Zhang, Andersen N.A. Preisach model of hysteresis for the Piezoelectric Actuator Drive // IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. 2015. P. 2788-2793.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zsurzsan T.-G., Andersen M.A.E., Zhe Zhang, Andersen N.A. Preisach model of hysteresis for the Piezoelectric Actuator Drive // IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. 2015. P. 2788-2793.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Wawrzała P. Application of a Preisach hysteresis model to the evaluation of PMN-PT ceramics properties // Archives of metallurgy and materials. 2013. Vol. 58.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Wawrzała P. Application of a Preisach hysteresis model to the evaluation of PMN-PT ceramics properties // Archives of metallurgy and materials. 2013. Vol. 58.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Андреев М.В., Боровиков Ю.С., Сулайманов А.О. Средства всережимного моделирования дифференциальных защит трансформаторов в электроэнергетических системах // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2015. № 4. С. 63-67.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Андреев М.В., Боровиков Ю.С., Сулайманов А.О. Средства всережимного моделирования дифференциальных защит трансформаторов в электроэнергетических системах // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2015. № 4. С. 63-67.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Андреев М.В., Боровиков Ю.С. Оптимизация уставок дифференциальных защит трансформаторов и автотрансформаторов с помощью их адекватных математических моделей // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. С. 53.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Андреев М.В., Боровиков Ю.С. Оптимизация уставок дифференциальных защит трансформаторов и автотрансформаторов с помощью их адекватных математических моделей // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. С. 53.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Андреев М.В., Рубан Н.Ю., Гордиенко И.С., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О. Всережимное математическое моделирование релейной защиты электроэнергетических систем. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. 180 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Андреев М.В., Рубан Н.Ю., Гордиенко И.С., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О. Всережимное математическое моделирование релейной защиты электроэнергетических систем. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. 180 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Суворов А.А., Гусев А.С., Сулайманов А.О., Андреев М.В. Проблема верификации средств моделирования электроэнергетических систем и концепция ее решения // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 1. С. 11-23.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Суворов А.А., Гусев А.С., Сулайманов А.О., Андреев М.В. Проблема верификации средств моделирования электроэнергетических систем и концепция ее решения // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 1. С. 11-23.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Андреев М.В., Уфа Р.А. Полигон для отработки решений по построению активно-адаптивных сетей на базе всережимного моделирующего комплекса реального времени // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2014. № 4. С. 292-296.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Андреев М.В., Уфа Р.А. Полигон для отработки решений по построению активно-адаптивных сетей на базе всережимного моделирующего комплекса реального времени // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2014. № 4. С. 292-296.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
