Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators
Introduction. Self-excited induction generators (SEIGs) play a vital role in renewable energy systems, particularly in remote regions. However, their performance is highly sensitive to excitation capacitance, rotor speed and load variations, making stability and reliability key challenges. Problem....
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/340356 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1864036366907604992 |
|---|---|
| author | Dilmi, A. Bouzida, A. Yassa, N. Fares, B. |
| author_facet | Dilmi, A. Bouzida, A. Yassa, N. Fares, B. |
| author_sort | Dilmi, A. |
| baseUrl_str | http://eie.khpi.edu.ua/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-01T21:05:27Z |
| description | Introduction. Self-excited induction generators (SEIGs) play a vital role in renewable energy systems, particularly in remote regions. However, their performance is highly sensitive to excitation capacitance, rotor speed and load variations, making stability and reliability key challenges. Problem. Simplified analytical models fail to capture the complex internal interactions within SEIGs, limiting the analysis of how external network variations influence their dynamics. Moreover, the gradual degradation of excitation capacitors, a common fault in practice, significantly reduces generator efficiency. The goal of this work is to analyze the influence of excitation capacitance, rotor speed and load variations on SEIG performance, focusing on gradual capacitor degradation and open-phase faults to provide guidelines for reliable and efficient design. Methodology. Finite element modeling (FEM) with ANSYS Maxwell is used to accurately simulate electromagnetic and mechanical dynamics under realistic operating conditions. Results. Simulations show how changes in capacitance, rotor speed and load greatly affect voltage and current stability. Capacitor faults and open-phase conditions cause current distortion, voltage unbalance and reduced efficiency. Scientific novelty of this work lies in the FEM-based analysis of gradual excitation capacitor degradation in SEIGs. It was determined that this degradation directly impacts voltage balance, current waveform distortion and overall efficiency. Practical value. The findings provide clear guidelines for selecting optimal excitation capacitance and load ranges, reducing costs while enhancing the reliability and efficiency of SEIGs, particularly in isolated regions. Also this study offers new physical insight and a reliable framework for generator condition monitoring and design optimization. References 24, tables 1, figures 12. |
| doi_str_mv | 10.20998/2074-272X.2026.3.02 |
| first_indexed | 2026-05-02T01:00:07Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-340356 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-05-02T01:00:07Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3403562026-05-01T21:05:27Z Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators Dilmi, A. Bouzida, A. Yassa, N. Fares, B. асинхронний генератор з самозбудженням стабільність напруги спотворення струму підвищення надійності ротор конденсатор self-excited induction generator voltage stability current distortion reliability enhancement rotor capacitor Introduction. Self-excited induction generators (SEIGs) play a vital role in renewable energy systems, particularly in remote regions. However, their performance is highly sensitive to excitation capacitance, rotor speed and load variations, making stability and reliability key challenges. Problem. Simplified analytical models fail to capture the complex internal interactions within SEIGs, limiting the analysis of how external network variations influence their dynamics. Moreover, the gradual degradation of excitation capacitors, a common fault in practice, significantly reduces generator efficiency. The goal of this work is to analyze the influence of excitation capacitance, rotor speed and load variations on SEIG performance, focusing on gradual capacitor degradation and open-phase faults to provide guidelines for reliable and efficient design. Methodology. Finite element modeling (FEM) with ANSYS Maxwell is used to accurately simulate electromagnetic and mechanical dynamics under realistic operating conditions. Results. Simulations show how changes in capacitance, rotor speed and load greatly affect voltage and current stability. Capacitor faults and open-phase conditions cause current distortion, voltage unbalance and reduced efficiency. Scientific novelty of this work lies in the FEM-based analysis of gradual excitation capacitor degradation in SEIGs. It was determined that this degradation directly impacts voltage balance, current waveform distortion and overall efficiency. Practical value. The findings provide clear guidelines for selecting optimal excitation capacitance and load ranges, reducing costs while enhancing the reliability and efficiency of SEIGs, particularly in isolated regions. Also this study offers new physical insight and a reliable framework for generator condition monitoring and design optimization. References 24, tables 1, figures 12. Вступ. Автономні асинхронні генератори (SEIGs) відіграють життєво важливу роль у системах відновлюваної енергетики, особливо у віддалених регіонах. Проте їхня продуктивність високочутлива до ємності збудження, швидкості ротора та змін навантаження, що робить стабільність та надійність ключовими викликами. Проблема. Спрощені аналітичні моделі не здатні відобразити складні внутрішні взаємодії в SEIG, що обмежує аналіз того, як коливання зовнішньої мережі впливають на їхню динаміку. Крім того, поступова деградація конденсаторів збудження, що є поширеною несправністю на практиці, суттєво знижує ефективність генератора. Метою роботи є аналіз впливу ємності збудження, швидкості ротора та змін навантаження на продуктивність SEIG, зосереджуючись на поступовій деградації конденсаторів та обривах фаз, щоб надати рекомендації для надійного та ефективного проєктування. Методологія. Для точного моделювання електромагнітної та механічної динаміки в реалістичних робочих умовах використовується моделювання методом скінченних елементів (FEM) за допомогою програмного комплексу ANSYS Maxwell. Результати. Моделювання показує, як зміни ємності, швидкості ротора та навантаження значно впливають на стабільність напруги та струму. Несправності конденсаторів та умови обриву фази спричиняють спотворення струму, дисбаланс напруги та зниження ефективності. Наукова новизна роботи полягає в аналізі поступової деградації конденсаторів збудження в SEIG, заснованому на FEM. Встановлено, що ця деградація безпосередньо впливає на баланс напруги, спотворення форми хвилі струму та загальну ефективність. Практична цінність. Отримані результати надають чіткі рекомендації для вибору оптимальної ємності збудження та діапазонів навантаження, знижуючи витрати та одночасно підвищуючи надійність і ефективність SEIG, особливо у віддалених регіонах. Також це дослідження пропонує нове фізичне розуміння та надійну основу для моніторингу стану генератора та оптимізації його проєктування. Бібл. 24, табл. 1, рис. 12. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-05-02 Article Article application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/340356 10.20998/2074-272X.2026.3.02 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2026); 11-17 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2026); 11-17 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2026); 11-17 2309-3404 2074-272X en https://eie.khpi.edu.ua/article/view/340356/344131 Copyright (c) 2026 A. Dilmi, A. Bouzida, N. Yassa, B. Fares http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | self-excited induction generator voltage stability current distortion reliability enhancement rotor capacitor Dilmi, A. Bouzida, A. Yassa, N. Fares, B. Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title | Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title_alt | Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title_full | Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title_fullStr | Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title_full_unstemmed | Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title_short | Analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| title_sort | analysis of the external network parameters influence on the operating characteristics of self-excited induction generators |
| topic | self-excited induction generator voltage stability current distortion reliability enhancement rotor capacitor |
| topic_facet | асинхронний генератор з самозбудженням стабільність напруги спотворення струму підвищення надійності ротор конденсатор self-excited induction generator voltage stability current distortion reliability enhancement rotor capacitor |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/340356 |
| work_keys_str_mv | AT dilmia analysisoftheexternalnetworkparametersinfluenceontheoperatingcharacteristicsofselfexcitedinductiongenerators AT bouzidaa analysisoftheexternalnetworkparametersinfluenceontheoperatingcharacteristicsofselfexcitedinductiongenerators AT yassan analysisoftheexternalnetworkparametersinfluenceontheoperatingcharacteristicsofselfexcitedinductiongenerators AT faresb analysisoftheexternalnetworkparametersinfluenceontheoperatingcharacteristicsofselfexcitedinductiongenerators |