Study of the Bidirectional Efficiency of Linear and Nonlinear Physical Systems

In this paper, a study of the bidirectional efficiency of linear and nonlinear physical systems is performed. The methodology to compute the bidirectional efficiency map of the system is described, highlighting which is the power flow orientation giving the maximum system efficiency. The designer can therefore easily evaluate whether a physical system, such as for instance an electric machine, is more suitable for being used in forward motor mode rather than in reverse generator mode or viceversa. Three different types of physical systems are modeled and simulated in Matlab/Simulink, and the different characteristics they exhibit in terms of efficiency are highlighted. Finally, the properties that the efficiency maps exhibit if the linear system is affected by symmetric or nonsymmetric nonlinearities are studied and commented in detail.

In questo articolo, uno studio dell'efficienza bidirezionale dei sistemi lineari e non lineari è presentato. La metodologia per calcolare la mappa di efficienza bidirezionale del sistema è descritta, evidenziando l'orientamento del flusso di potenza che da la massima efficienza del sistema. Il progettista può quindi facilmente valutare se un determinato sistema fisico, quale ad esempio una macchina elettrica, è più adatto ad essere utilizzato in modalità diretta piuttosto che in modalità inversa come generatore, o viceversa. Tre diversi tipi di sistemi fisici sono modellati e simulati in Matlab/Simulink, e le diverse caratteristiche che esibiscono in termini di efficienza sono messe in evidenza. Infine, le proprietà che le mappe di efficienza esibiscono se il sistema lineare è affetto da non linearità simmetriche o non simmetriche sono studiate e commentate nel dettaglio.