Розробка алгоритмів керування магнітоелектричним генератором з аксіальним магнітним потоком і подвійним статором на основі математичного моделювання
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.267265Ключові слова:
магнітоелектричні генератори з аксіальним магнітним потоко, подвійний статор, математичне моделюванняАнотація
Об’єктом дослідження є електромеханічні процеси в генераторі з аксіальним магнітним потоком та подвійним статором і додатковою безконтактною обмоткою збудження, що працює у складі автономних електроенергетичних комплексів. Потужність додаткової системи збудження становить близько 2 % від потужності генератора.
Наявність додаткової безконтактної обмотки, яка живиться постійним струмом, дозволяє керувати напругою генератора за допомогою зміни струму збудження. Таким чином вирішується проблема стабілізації вихідної напруги генератора із постійними магнітами при зміні навантаження та частоти обертання вала.
В роботі розроблено тривимірну польову вісесиметричну математичну модель досліджуваного генератора, що дозволило розрахувати і дослідити його характеристики та параметри, зокрема величини магнітної індукції у всіх конструкційних елементах. Розроблена модель враховує вплив кінцевих ефектів, магнітних полів розсіювання та радіально-аксіальний характер замикання основного магнітного потоку та магнітного потоку додаткової обмотки збудження. Застосування конструкції із подвійним статором дозволяє ефективніше використовувати корисний об’єм генератора та підвищити його потужність.
Розроблено математичну модель генератора в системі координат d-q, що дозволило синтезувати алгоритми керування системи автоматичної стабілізації напруги генератора в умовах зміни навантаження та частоти обертання вала. Алгоритми керування розроблено на основі концепції зворотних задач динаміки в поєднанні з мінімізацією локальних функціоналів миттєвих значень енергії, що забезпечує робастність системи при зміні параметрів генератора, а також просту реалізацію регуляторів, обумовлену відсутністю операцій диференціювання.
На основі розроблених моделей та алгоритмів досліджено шляхом моделювання в середовищі Matlab/Simulink якість керування вихідною напругою генератора при зміні навантаження та частоти обертання генератора. При накиданні стрибком номінального навантаження та зміні частоти обертання в межах ±15 % від номінального значення система автоматичної стабілізації забезпечує астатичне керування напругою на заданому рівні 48 В.
Отримані результати можуть мати практичне застосування при створенні автономних електроенергетичних комплексів з високою ефективністю перетворення енергії, зокрема у вітроустановках та гідроагрегатах
Посилання
- Zakir, M. R., Ikram, J., Shah, S. I., Bukhari, S. S. H., Ali, S., Marignetti, F. (2022). Performance Improvement of Axial Flux Permanent Magnet Machine with Phase Group Concentrated Coil Winding. Energies, 15 (19), 7337. doi: https://doi.org/10.3390/en15197337
- Radwan-Pragłowska, N., Węgiel, T., Borkowski, D. (2020). Modeling of Axial Flux Permanent Magnet Generators. Energies, 13 (21), 5741. doi: https://doi.org/10.3390/en13215741
- Gołębiowski, L., Gołębiowski, M., Mazur, D., Smoleń, A. (2019). Analysis of axial flux permanent magnet generator. COMPEL - The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, 38 (4), 1177–1189. doi: https://doi.org/10.1108/compel-10-2018-0415
- Zhao, J., Shi, G., Du, L. (2015). Miniaturized Air-Driven Planar Magnetic Generators. Energies, 8 (10), 11755–11769. doi: https://doi.org/10.3390/en81011755
- Ma, J., Shi, L., Golmohammadi, A.-M. (2022). Voltage-Stabilizing Method of Permanent Magnet Generator for Agricultural Transport Vehicles. Processes, 10 (9), 1726. doi: https://doi.org/10.3390/pr10091726
- Espitia, H., Machón, I., López, H. (2021). Optimization of a Fuzzy Automatic Voltage Controller Using Real-Time Recurrent Learning. Processes, 9 (6), 947. doi: https://doi.org/10.3390/pr9060947
- Cao, Y., Zhu, S., Yu, J., Liu, C. (2022). Optimization Design and Performance Evaluation of a Hybrid Excitation Claw Pole Machine. Processes, 10 (3), 541. doi: https://doi.org/10.3390/pr10030541
- Wei, H., Yu, J., Zhang, Y., Ai, Q. (2020). High-speed control strategy for permanent magnet synchronous machines in electric vehicles drives: Analysis of dynamic torque response and instantaneous current compensation. Energy Reports, 6, 2324–2335. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.08.016
- Zhu, J., Chu, X. (2020). Research on Control Methods of Six-phase Permanent Magnet Synchronous Motor. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 790 (1), 012173. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/790/1/012173
- Kamel, T., Abdelkader, D., Said, B., Iqbal, A. (2020). Sliding mode control of grid‐connected wind energy system driven by 2 five‐phase permanent magnet synchronous generators controlled by a new fifteen‐switch converter. International Transactions on Electrical Energy Systems, 30 (9). doi: https://doi.org/10.1002/2050-7038.12480
- Chumack, V., Bazenov, V., Tymoshchuk, O., Kovalenko, M., Tsyvinskyi, S., Kovalenko, I., Tkachuk, I. (2021). Voltage stabilization of a controlled autonomous magnetoelectric generator with a magnetic shunt and permanent magnet excitation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (114)), 56–62. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246601
- Chumack, V., Tsyvinskyi, S., Kovalenko, M., Ponomarev, A., Tkachuk, I. (2020). Mathemathical modeling of a synchronous generator with combined excitation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (103)), 30–36. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193495
- Ostroverkhov, M., Chumack, V., Kovalenko, M., Kovalenko, I. (2022). Development of the control system for taking off the maximum power of an autonomous wind plant with a synchronous magnetoelectric generator. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (2 (118)), 67–78. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263432
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Mykola Ostroverkhov, Vadim Chumack, Maksym Falchenko, Mykhailo Kovalenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
