Revista Politécnica

Method of Images for a Charge inside a Three-Layer Medium and Implementation of a Dirichlet Border Condition

Resumen: En el presente artículo, se presenta un proceso para aplicar el método de las imágenes en una carga localizada en un medio de tres capas de diferente permitividad. Las imágenes se determinan mediante el análisis de las condiciones de borde del campo eléctrico entre diferentes capas. También se considera el comportamiento del potencial eléctrico, de esta manera, se logra tener el mismo número de ecuaciones y de incógnitas para la determinación del valor de las imágenes. Los resultados del método propuesto se contrastan con los obtenidos mediante la aplicación del método de elementos finitos con el programa FEMM 4.2. Se presentan también las limitaciones del método, principalmente relacionadas con la dependencia del valor de carga de las imágenes con las coordenadas donde se calcula el potencial. El modelo obtenido fue aplicado a diferentes casos, donde se observó que el mismo puede ser utilizado para problemas de una y dos capas. Finalmente, se implementó la condición de Dirichlet, en la cual se aplicó un voltaje nulo a una de las fronteras, con lo cual se demostró que el método de las imágenes también puede ser utilizado en este tipo de problemas.

Abstract: A process to apply the method of images for a charge located in a three-layer medium is presented. The images are found according to the boundary conditions between the layers for the electric field. The characteristics of the electric potential are also considered, thus the number of unknown variables becomes a guide to set the image charges needed to solve the problem. The results are compared with finite element simulations through the use of the software FEMM 4.2, showing good agreement. The found limitations of the process are also noted, mainly in regards to the dependence of the images on the coordinates where the field is to be calculated. The model obtained was applied to different cases, where it was seen that it was not limited to three material media only. Finally, the null potential boundary condition was applied, showing how the method of images could be applied to this type of problems.

Methodology to Determine the Distribution of Unbalanced Currents of Overhead Electric Power Transmission Lines

Resumen: Las líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica presentan un régimen de operación constante y deben soportar esfuerzos mecánicos debido a posibles descargas atmosféricas, en este sentido es importante realizar una adecuada selección de sus conductores de fase y de guarda. Para soportar los esfuerzos mecánicos los conductores de guarda tienen un componente de acero que presenta características eléctricas variables en función de la corriente circulante por el mismo, por otra parte, esta corriente puede determinarse si se conocen los parámetros eléctricos del cable de guarda. En este contexto, el presente documento detalla dos métodos para determinar la distribución de la corriente entre la tierra y el cable de guarda en condiciones de desbalance, con el cual es posible seleccionar los parámetros eléctricos para la modelación adecuada de una línea de transmisión. Los resultados de estos métodos, aplicados en cuatro casos de estudio, se verifican en su respectiva simulación en el software Alternative Transients Program (ATP).

Abstract: Electrical overhead power lines present a constant function of operation and must withstand against environmental factors such as electrostatic discharges. Therefore, it is important to select adequate phase and ground conductors in order to support their mechanical characteristics. In addition, ground conductors have a steel component presenting variable electrical parameters that can be utilized to determine the current flowing through the ground wire. Accordingly, this document describes two possible methods to determine the distribution of the current between the earth and the ground wire within unbalanced conditions in which it is possible to select the electrical parameters for the correct configuration of a transmission line. The results of these methods, applied in four case studies, can be verified with their respective simulations using the Alternative Transients Program (ATP) software.

Sequence Impedance Parameter Estimation of a Three-Phase Transformer using Nonlinear Optimization Methods

Resumen: En este documento se presenta la estimación de los parámetros de secuencia: positiva, negativa y cero, de un transformador trifásico de 50 kVA, 6300 - 231/133 V, a partir de mediciones de eventos de fallas monofásicas a tierra y bifásicas a tierra; con ajustes de curvas simuladas y medidas utilizando métodos de optimización no lineal mediante MATLAB-Simulink. En primer lugar, se realizan pruebas en un transformador trifásico didáctico utilizando las normas internacionales para determinar los parámetros de secuencia en el laboratorio. Estos valores se constituyen en los valores iniciales a ser usados en la etapa de estimación. Posteriormente, se realizaron eventos de cortocircuitos en donde se registraron datos de corriente con la ayuda de un osciloscopio. Los datos que resultan de la medición son comparados con la parte simulada, generando dos curvas que se sobreponen y tienen ciertas diferencias entre sí. Con el objetivo de ajustar estas curvas simuladas con respecto a las medidas, se utilizó la herramienta “Parameter Estimation” de MATLAB-Simulink, la cual varía los parámetros del modelo hasta obtener la menor diferencia entre los valores simulados versus los medidos. Una vez probado el método se trabajó en el transformador de 50 kVA para obtener sus parámetros de secuencia generando eventos de fallas alimentando el lado de alto voltaje a 500 V debido a las condiciones físicas del laboratorio.

Abstract: This document presents the estimation of the positive, negative, and zero-sequence impedances of a three-phase, 50 kVA, 6300 - 231/133 V transformer. Simulated short-circuit current measurements of single line-to-ground (SLG) and double line-to-ground (LLG) faults are fitted to their respective field measurements using non-linear optimization methods in MATLAB-Simulink. First, laboratory tests are performed on a laboratory-scale three-phase transformer using international standards to determine the sequence parameters. These values constitute the initial values to be used in the estimation stage. Subsequently, SLG and LLG short circuit events were performed where current data were recorded with the help of an oscilloscope. The recorded field data is compared against their simulated counterpart, generating two curves that overlap and have certain differences between them. To adjust the simulated curves with respect to the field measurements, the MATLAB-Simulink “Parameter Estimation” tool was used. This tool allows adjusting the sequence parameters of the model until the difference between the simulated and field values are minimized. Once the method was tested, the sequence parameters of the 50-kVA transformer were obtained following a similar procedure with the only difference that the high voltage side was fed with 500 V due to the physical conditions of the laboratory.

Evaluation of OPS for PAPR Reduction in an OFDM System with Multipath Channel

Resumen: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) es una tecnología de comunicación inalámbrica que tiene ventajas como alta eficiencia espectral, alta tasa de transmisión y es robusta a la propagación por mulitrayecto. Sin embargo, su principal desventaja es que tiene alta PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). Este artículo presenta la evaluación de la técnica OPS (Orthogonal Pilot Sequence) para la reducción de la PAPR en un sistema OFDM con canal multitrayecto. Para la evaluación se consideran dos tipos de canales multitrayecto selectivos en frecuencia, con y sin línea de vista. Se evalúa la técnica OPS obteniendo la gráfica del BER (Bit Error Rate) vs Eb/No (energy per bit to noise power spectral density ratio) y la gráfica de la CCDF (Cumulative Complementary Distribution Function) para distintos parámetros. Los resultados muestran una reducción de la PAPR cuando se utiliza la técnica OPS y una mejora en el BER.

Abstract: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is a wireless communication technology that has advantages such as high spectral efficiency, high transmission rate, and robustness to multipath propagation. However, its main disadvantage is the high PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). This article presents the evaluation of OPS (Orthogonal Pilot Sequence) for PAPR reduction in an OFDM system with multipath channel. For the evaluation, two types of frequency selective multipath channels, with and without line of sight, are considered. OPS is evaluated obtaining the BER (Bit Error Rate) vs Eb/No (energy per bit to noise power spectral density ratio) graph and the CCDF (Cumulative Complementary Distribution Function). The results show a reduction in the PAPR when using the OPS technique and an improvement in the BER.

Precision Agriculture: Preprocessing and Segmentation of Images to Obtain an Autonomous Land Navigation Route

Resumen: La agricultura de precisión busca aumentar la productividad de las actividades agrícolas a nivel mundial, en este marco de desarrollo la navegación autónoma es un pilar fundamental ya que la mayoría de actividades agrícolas implican desplazamientos extensos de personas o vehículos; la navegación autónoma terrestre sobre parcelas de cultivos tiene ciertas complicaciones como el deslizamiento de los vehículos sobre los terrenos lo que complica implementar sistemas de odometría, otra complicación es la dificultad de implementar marcas de navegación para usar sistemas de localización. Este trabajo presenta un sistema de visión por computador donde se pretende usar a las hileras de cultivo como marca de navegación para un vehículo agrícola, emulando el comportamiento de un robot seguidor de línea. Una cámara de resolución media toma 30 fotogramas por segundo para que posteriormente un algoritmo procese las imágenes eliminando problemas de perspectiva, luz ambiental y obstáculos en el cultivo para identificar eficientemente la hilera de cultivo que se encuentra precisamente debajo del vehículo. Obtenida la marca de navegación y realizando una aproximación de las dimensiones longitudinales de la realidad con las dimensiones longitudinales en pixeles de las imágenes, se puede obtener un estado estimado del vehículo respecto a la marca antes identificada.

Abstract: Precision agriculture seeks to increase the productivity of agricultural activities worldwide, autonomous navigation is a fundamental objective in this development framework because most agricultural activities involve extensive displacement of people or vehicles; Autonomous land navigation on crop plots has certain complications such as the sliding of vehicles on the land, which complicates the implementation of odometry systems, another complication is the difficulty of implementing navigation marks to use location systems. This work presents a computer vision system that intends to use the crop rows as a navigation mark for an agricultural vehicle emulating the behavior of a line follower robot. A camera takes 30 frames per second that will be processed by an algorithm that will eliminate problems of perspective, ambient light and obstacles in the crop to efficiently identify the crop row that is just below the vehicle. With the navigation mark and making an approximation of the longitudinal dimensions of reality with the longitudinal dimensions in pixels of the images, an estimated state of the vehicle can be obtained with respect to the previously identified mark.

Combined Circuit Model for a Four Quadrant Operating Luo-Converter

Resumen: Este trabajo presenta un circuito combinado, como una nueva metodología para uso de convertidores para operación en cuatro cuadrantes que utilizan la configuración de LUO, basado en el modelo propuesto por Luo y Hong Ye. La combinación combina dos circuitos diferentes, cada uno funciona para controlar dos de los cuatro cuadrantes o modos, respectivamente. Además, este documento presenta resultados de simulación para el sistema propuesto con el fin de verificar sus características y funcionalidad.

Abstract: This work presents a combined circuit, as a new methodology, for a four-quadrant operation converter using LUO’s configuration based on the model proposed by Luo and Hong Ye. The combination conjugates two different circuits, each one works for controlling two of the four quadrants or modes respectively. Additionally, this paper presents simulation results for the proposed system in order to verify its characteristics and functionality.