Науковий вісник НГУ

Математичне моделювання магнітного редуктора для автономної вітроустановки

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2024

Останнє оновлення: 11 травня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 643

Authors:

М.А.Коваленко, orcid.org/0000-0002-5602-2001, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

І.Я.Коваленко*, orcid.org/0000-0003-1097-2041, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

І.В.Ткачук, orcid.org/0000-0002-5717-2458, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Харфорд Аарон Гейбл, orcid.org/0000-0002-9898-6474, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д.В.Ципленков, orcid.org/0000-0002-0378-5400, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (2): 088 - 095

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-2/088

Abstract:

Мета. Розробка двовимірної польової математичної моделі магнітного редуктора, що працює у складі вітроустановки малої потужності, з метою оцінки його параметрів і характеристик та оптимізації геометричних параметрів з точки зору пульсацій електромагнітного моменту.

Методика. Для проведення дослідження в роботі використовувались методи загальної теорії електромеханічних перетворювачів енергії, чисельні методи математичного моделювання, в основі яких лежить метод скінченних елементів, чисельне розв’язання нелінійних диференційних рівнянь і методи спектрального аналізу для оцінки пульсацій електромагнітного моменту.

Результати. У роботі розроблена двовимірна чисельна польова математична модель магнітного редуктора для автономної вітроустановки. Модель розроблена для оцінки параметрів і характеристик магнітного редуктора, а також для оцінки впливу конструктивних параметрів на величину електромагнітного моменту й величину пульсацій електромагнітного моменту. У роботі досліджено вплив конфігурації постійних магнітів, параметрів феромагнітних вставок модулятора магнітного потоку й величини повітряного проміжку. Отримані результати показують, що існує оптимальна конфігурація постійних магнітів і феромагнітних елементів модулятора магнітного потоку, за яких досягається максимальний електромагнітний момент і мінімальні пульсації. Зміна параметрів магнітної системи впливає на динаміку магнітного редуктора, його надійність і ефективність, тому оптимізація конфігурації є важливою задачею при проєктуванні, розробці та впровадженні таких систем.

Наукова новизна. Розроблена двовимірна польова математична модель магнітного редуктора, що дозволяє оцінити зміну його параметрів і характеристик при зміні геометричних розмірів. Це дозволяє дослідити вплив різних параметрів магнітної системи, таких як висота постійних магнітів і ширина феромагнітних вставок, на електромагнітний момент. Це дає можливість отримати оптимальну конфігурацію системи для досягнення оптимального значення моменту й мінімальних пульсацій та визначити закономірність зміни електромагнітного моменту та інших параметрів редуктора за різних режимів роботи в подальшому.

Практична значимість. Результати моделювання свідчать про перспективність промислової реалізації магнітних редукторів у складі вітроелектричної установки, а отримані результати дослідження вказують на можливість оптимізації конструкції магнітних редукторів з метою підвищення їх надійності та ефективності.

Ключові слова: магнітний редуктор, постійні магніти, вітроенергетика, електромагнітний момент, пульсації моменту

References.

1. Golovko, V., Ostroverkhov, M., Kovalenko, M., Kovalenko, I., & Tsyplenkov, D. (2022). Mathematical simulation of autonomous wind electric installation with magnetoelectric generator. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 74-79. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-5/074.

2. 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. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246601.

3. 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. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263432.

4. Beshta, O.O., Beshta, O.S., Beshta, D., Tkachenko, S., Khalai­mov, T., & Skliar, D. (2023). Technologies for Increasing the Energy Efficiency of Electric Vehicles. IEEE 5 ^th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), 1-5. https://doi.org/10.1109/MEES61502.2023.10402470.

5. Jian, H., Yao, L., Li, W.-J., & Zhang, J. (2017). Design and realization of a novel magnetic nutation drive for industry robotic wrist reducer. Industrial Robot: An International Journal, 44, 58-63. https://doi.org/10.1108/IR-04-2016-0130.

6. Yu, W., Wang, C., & Xu, T. (2019). The design method of a novel magnetic suction gear reducer. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 504, 012093. https://doi.org/10.1088/1757-899X/504/1/012093.

7. Hasanpour, S., Johnson, M., Gardner, M., & Toliyat, H. (2022). Cycloidal Reluctance Magnetic Gears for High Gear Ratio Applications. IEEE Transactions on Magnetics, 58(6), 1-10, 8001210. https://doi.org/10.1109/TMAG.2022.3163419.

8. Gardner, M., Praslicka, B., Johnson, M., & Toliyat, H. (2021). Optimization of Coaxial Magnetic Gear Design and Magnet Material Grade at Different Temperatures and Gear Ratios. IEEE Transactions on Energy Conversion, 36(3), 2493-2501. https://doi.org/10.1109/TEC.2021.3054806.

9. Dai, B., Nakamura, K., Suzuki, Y., Tachiya, Y., & Kuritani, K. (2022). Cogging Torque Reduction of Integer Gear Ratio Axial-Flux Magnetic Gear for Wind-Power Generation Application by Using Two New Types of Pole Pieces. IEEE Transactions on Magnetics, 58(8), 1-5, 8002205. https://doi.org/10.1109/TMAG.2022.3159002.

10. Chumak, V., Ostrovierkhov, M., Kovalenko, M., Holovko, V., & Kovalenko, I. (2022). Correction of the output power of the generator of the multiplierless wind power plant at discrete and random values of the wind speed. Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Problems of improvement of electric machines and devices. Theory and practice, 2(8), 39-46. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2022.2.07.

11. Chumak, V., Kovalenko, M., Tkachuk, I., & Kovalenko, I. (2022). Comparison of synchronous generators for an autonomous gasoline installation. Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Problems of improvement of electric machines and devices. Theory and practice, 2(8), 32-38. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2022.2.06.

12. Moghimi, A., Aliabadi, M., & Farahani, H. (2022). Triple-speed coaxial magnetic gear for wind turbine applications: introduction and comprehensive analysis. COMPEL – The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 41(4). https://doi.org/10.1108/Compel-01-2022-0001.

13. Aiso, K., Akatsu, K., & Aoyama, Y. (2021). A Novel Flux-Switching Magnetic Gear for High-Speed Motor Drive System. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 68(6), 4727-4736. https://doi.org/10.1109/TIE.2020.2988230.

14. Ruiz-Ponce, G., Arjona, M., Hernandez, C., & Escarela-Pe­rez, R. (2023). A Review of Magnetic Gear Technologies Used in Mechanical Power Transmission. Energies, 16, 1721. https://doi.org/10.3390/en16041721.

15. Wang, Y., Filippini, M., Bianchi, N., & Alotto, P. (2019). A Review on Magnetic Gears: Topologies, Computational Models, and Design Aspects. IEEE Transactions on Industry Applications, 55(5), 4557-4566. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2916765.

16. Nielsen, S., Wong, H., Baninajar, H., Bird, J., & Rasmussen, P. (2022). Pole and Segment Combination in Concentric Magnetic Gears: Vibrations and Acoustic Signature. IEEE Transactions on Energy Conversion, 37(3), 1644-1654. https://doi.org/10.1109/TEC.2022.3151654.

17. Ding, J., Yao, L., Xie, Z., Wang, Z., & Chen, G. (2022). A Novel 3-D Mathematical Modeling Method on the Magnetic Field in Nutation Magnetic Gear. IEEE Transactions on Magnetics, 58(5), 1-10. https://doi.org/10.1109/TMAG.2022.3158973.

18. Syam, S., Kurniati, S., & Ramang, R. (2022). Design and Characteristics of Axial Magnetic Gear Using Rectangular. Magnet. https://doi.org/10.31219/osf.io/5c724.

19. Mizuana Yuma, Nakamura Kenji, Suzuki Yuma, Oishi Yuhei, Tachiya Yuichi & Kuritani Kingo (2020). Development of spoke-type IPM magnetic gear. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 64, 771-778. https://doi.org/10.3233/JAE-209389.

20. Cansiz, A., & Akyerden, E. (2019). The use of high temperature superconductor bulk in a coaxial magnetic gear. Cryogenics. https://doi.org/98.10.1016/j.cryogenics.2019.01.008.

21. Tzouganakis, P., Gakos, V., Kalligeros, C., Papalexis, C., Tsolakis, A., & Spitas, V. (2022). Torque ripple investigation in coaxial magnetic gears. MATEC Web of Conferences, 366. https://doi.org/01004.10.1051/matecconf/202236601004.

22. Misron, N., Mohd Saini, L., Aris, I., Vaithilingam, C. A., & Tsuyoshi, H. (2020). Simplified Design of Magnetic Gear by Considering the Maximum Transmission Torque Line. Applied Sciences. https://doi.org/10.3390/app10238581.

23. Ishikawa, S., & Todaka, T. (2020). Transient-operation phenomena of a magnetic reducer analyzed with the time-stepping FEM. 23 ^rd International Conference on Electrical Machines and Systems, 1898-1901. https://doi.org/10.23919/ICEMS50442.2020.9291208.

24. Tzouganakis, P., Gakos, V., Kalligeros, C., Tsolakis, A., & Spi­tas, V. (2022). Fast and efficient simulation of the dynamical response of coaxial magnetic gears through direct analytical torque modelling. Simulation Modelling Practice and Theory, 123. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2022.102699.

25. Kastawan, I., & Rusmana (2016). Pengujian pembangkitan tegangan generator axial-flux permanent magnet (AFPM) tiga-fasa ganda. Jurnal Teknik Energi, 6, 503-509. https://doi.org/10.35313/energi.v6i2.1713.

26. 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. https://doi.org/10.3390/mca24020034.

• < Попередня
• Наступна >