Математичне моделювання безконтактного аксіального магнітоелектричного генератора із подвійним статором для електричних комплексів малої потужності

Автор(и)

  • Вадим Чумак Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0001-8401-7931
  • Михайло Коваленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-5602-2001
  • Ірина Коваленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-1097-2041
  • Ігор Ткачук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-5717-2458
  • Оксана Тимощук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-1863-3095

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.2.04

Ключові слова:

генератор з аксіальним магнітним потоком, подвійний статор, математичне моделювання, асиметрична модель

Анотація

В даній роботі представлена конструкція магнітоелектричного генератора з аксіальним магнітним потоком (МЕГАП) та подвійним статором, який використовується для автономного вітроелектричного комплексу. Безконтактні МЕГАП мають переваги генераторів на постійних магнітах: висока надійність, ефективність; і генератори з електромагнітним збудженням: можливість регулювання вихідних параметрів (напруга, потужність) за допомогою додаткової обмотки збудження. Щоб задовольнити вимоги до автономної безмультиплікаторної вітроелектричної установки, досліджено структуру МЕГАП, що складається з подвійного статора та одного ротора. Використання конструкції подвійного статора дозволяє більш ефективно використовувати активний об'єм генератора, підвищити його потужність і стабілізувати вихідну напругу обмотки статора. Розроблено тривимірну чисельну польову математичну модель МЕГАП. Модель повністю враховує особливості конструкції досліджуваного генератора, а саме наявність осьового потоку від обмотки статора та потоку, що утворюється додатковою обмоткою. За допомогою моделі розрахована зовнішня характеристика, що свідчить про відповідність розробленої математичної моделі фізичним процесам. Проведено аналіз магнітної індукції в повітряному проміжку та в інших конструкційних елементах досліджуваного генератора. Аналіз отриманих величин показав, що геометричні розміри генератора, що були вибрані попередньо коректні і не потребують суттєвих коригувань. В подальшому, це дозволяє використовувати результати даного розрахунку для підготовки документації по виготовленню прототипу. Досліджено статичні характеристики МЕГАП та значення магнітних параметрів у всіх елементах конструкції. Додаткова обмотка використовується для стабілізації вихідної напруги при зміні швидкості обертання генератора і при різному навантаженні. При відносній потужності додаткової обмотки ≈7% вихідна напруга генератора зростає на ≈24%. Більш значного результату можна досягти, регулюючи струм додаткової обмотки спеціальними контролерами

Посилання

Zheng Ma, Jingwei Ai, Yamei Yue, Kun Wang, Bin Su, A superhy-drophobic magnetoelectric generator for high-performance conversion from raindrops to electricity, Nano Energy, Volume 83, 2021, 105846, ISSN 2211-2855, https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105846.

Radwan-Pragłowska, N., Wegiel, T., Borkowski, D. (2020). Modeling of Axial Flux Permanent Magnet Generators. Energies, no. 13 (21), 5741-5745. https://doi.org/10.3390/en13215741.

Sadullaev, N & Nematov, Sh & Sayliev, F. (2022). Evaluation of the technical parameters of the generator for efficient electricity generation in low-speed wind and water flows. Journal of Physics: Conference Series. 2388. 012142. 10.1088/1742-6596/2388/1/012142.

S. Djebarri, J. F. Charpentier, F. Scuiller and M. Benbouzid, "Design and Performance Analysis of Double Stator Axial Flux PM Generator for Rim Driven Marine Current Turbines," in IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 41, no. 1, pp. 50-66, Jan. 2016, doi: 10.1109/JOE.2015.2407691.

M. A. Noroozi Dehdez and J. Milimonfared, "A Novel Radial–Axial Flux Switching Permanent Magnet Generator," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 69, no. 12, pp. 12096-12106, Dec. 2022, doi: 10.1109/TIE.2021.3128901.

F. Yu et al., "Design and Multiobjective Optimization of a Double-Stator Axial Flux SRM With Full-Pitch Winding Configuration," in IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 8, no. 4, pp. 4348-4364, Dec. 2022, doi: 10.1109/TTE.2022.3173938.

J. Zhao, Y. Wang, J. Li and H. Hu, "Comparative Study on Torque Performance of Five-phase Single-Stator and Double-Stator Permanent Magnet Synchronous Motors," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 6, no. 1, pp. 46-52, March 2022, doi: 10.30941/CESTEMS.2022.00007.

Sun, Y. & Yu, F. & Yuan, Y. & Huang, Z. & Huang, Y. & Zhu, Z. (2019). A Hybrid Double Stator Bearingless Switched Reluctance Motor. Diangong Jishu Xuebao/Transactions of China Electrotech-nical Society. 34. 1-10. 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L80363.

Cendoya, M. & Talpone, Juan & Puleston, P.F. & Barrado, José Antonio & Martinez-Salamero, L. & Battaiotto, P.E. (2021). Management of a Dual-Bus AC+DC Microgrid Based on a Wind Turbine with Double Stator Induction Generator. Wseas transactions on power systems. 16. 297-307. 10.37394/232016.2021.16.30.

Li, Zheng et al. ‘Design and Analysis of Underwater Power Generation Characteristics of Deflected Double-stator Switched Reluctance Generator’. 1 Jan. 2022: 1 – 20.

Widyanto, Aji & Ariwidayat, Rahmat & Husnayaian, Faiz & Ra-hardjo, Amien & Utomo, A.R. & Ardita, I. (2022). Designing Air-Cored Axial Flux Permanent Magnet Generator with Double Rotor. ELKHA. 14. 46. 10.26418/elkha.v14i1.53048.

Ostroverkhov, M., Chumack, V., Falchenko, M., & Kovalenko, M. (2022). Development of control algorithms for magnetoelectric generator with axial magnetic flux and double stator based on mathematical modeling. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (120), 6–17. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.267265.

V.M. Golovko, M.Ya. Ostroverkhov, M.A. Kovalenko, I.Ya. Ko-valenko, D.V. Tsyplenkov Mathematical simulation of autonomous wind electric installation with magnetoelectric generator. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (5): 074 – 079. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-5/074.

Setyawan, E. Y., Soleh, C., Krismanto, A. U., Sujana, I. W., Djiwo, S., & Prihatmi, T. N. (2022). Design and Performance Analysis of Double Axial Flux Permanent Magnet Generator. Trends in Sciences, 19 (6), 3049. https://doi.org/10.48048/tis.2022.3049

Prasetijo, Hari. (2022). Pengaruh Inti Stator Terhadap Performa Generator Magnet Permanen Fluks Aksial Satu Fasa. JRST (Jurnal Riset Sains dan Teknologi). 6. 165. 10.30595/jrst.v6i2.13668.

Wirtayasa, Ketut & Irasari, Pudji & Kasim, Muhammad & Widiyanto, Puji & Hikmawan, Muhammad. (2019). Load characteristic analysis of a double-side internal coreless stator axial flux PMG. Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology. 10. 17. 10.14203/j.mev.2019.v10.17-23.

Lee, J.-Y.; Lee, J.-H.; Nguyen, T.K. Axial-Flux Permanent-Magnet Generator Design for Hybrid Electric Propulsion Drone Applications. Energies 2021, 14, 8509. https://doi.org/10.3390/en14248509

Tokgoz, Furkan. (2022). Analytical Modelling and Multi-Objective Optimization of Axial-Flux Permanent Magnet Machine with Various PCB Stators and Development of a GaN Switched Integrated Motor Drive PCB Motor.

Kastawan, I & Rusmana,. (2020). Pengujian pembangkitan tegangan generator axial-flux permanent magnet (AFPM) tiga-fasa ganda. Jurnal Teknik Energi. 6. 503-509. 10.35313/energi.v6i2.1713.

Asfirane, S., Hlioui, S., Amara, Y., Gabsi, M. (2019). Study of a Hybrid Excitation Synchronous Machine: Modeling and Experimental Validation. Mathematical and Computational Applications, 24 (2), 34. doi: https://doi.org/10.3390/mca24020034

Wardach, M., Bonislawski, M., Palka, R., Paplicki, P., Prajzendanc, P. (2019). Hybrid Excited Synchronous Machine with Wireless Supply Control System. Energies, 12 (16), 3153. doi: https://doi.org/10.3390/en12163153

Biletskyi, Yu. O., Shchur, I. Z. & Kuzyk, R.-I. V. “Passivity-Based Control System for Stand-Alone Hybrid Electrogenerating Complex”. Applied Aspects of Information Technology. 2021; Vol. 4 No. 2: 140–152. DOI: https://doi.org/10.15276/aait.02.2021.2.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-17

Як цитувати

Чумак , В., Коваленко , М. ., Коваленко , І. ., Ткачук , І. ., & Тимощук , О. . (2023). Математичне моделювання безконтактного аксіального магнітоелектричного генератора із подвійним статором для електричних комплексів малої потужності. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (2 (10), 20–25. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.2.04

Номер

№ 2 (10) (2023): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричні машини

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.