Development of control algorithms for magnetoelectric generator with axial magnetic flux and double stator based on mathematical modeling

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorOstroverkhov Mykola
dc.contributor.authorChumack Vadim
dc.contributor.authorFalchenko Maksym
dc.contributor.authorKovalenko Mykhailo
dc.date.accessioned2024-05-03T11:30:22Z
dc.date.available2024-05-03T11:30:22Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractThe object of this research is electromechanical processes in a generator with an axial magnetic flux and a double stator and an additional non-contact excitation winding operating as part of autonomous electric power systems. The power of the additional excitation system is about 2 % of the generator power. The presence of an additional non-contact winding, which is powered by direct current, makes it possible to control the generator voltage by changing the excitation current. This resolves the task to stabilize the output voltage of the generator with permanent magnets when the load and shaft speed change. This paper reports the construction of a three-dimensional field axisymmetric mathematical model of the generator under study, which has made it possible to calculate and investigate its characteristics and parameters, in particular the magnitude of magnetic induction in all structural elements. The model built takes into account the influence of finite effects, magnetic scattering fields, and the radial axial nature of the closure of the main magnetic flux and the magnetic flux of the additional excitation winding. The use of a structure with a double stator makes it possible to more efficiently utilize the usable volume of the generator and to increase its power. A mathematical model of the generator in the d-q coordinate system was built, which has made it possible to synthesize algorithms for controlling the automatic voltage stabilization system of the generator voltage under conditions of change in load and shaft speed. Control algorithms were developed on the basis of the concept of inverse dynamics problems in combination with minimizing local functionalities of instantaneous energy values, which ensures that the system is robust when changing generator parameters and that regulators are implemented in a simple way, due to the lack of differentiation operations. Based on the models built and algorithms developed, the quality of control of the generator's output voltage when the load and frequency of the generator change was investigated by modeling in the MATLAB/Simulink environment. When setting a jump in the rated load and changing the rotational speed within ±15 % of the rated value, the automatic stabilization system provides astatic voltage control at a given level of 48 V. The results can be practically used in the design of autonomous electric power systems with high energy conversion efficiency, in particular wind turbines and hydraulic units.
dc.description.abstractotherОб’єктом дослідження є електромеханічні процеси в генераторі з осьовим магнітним потоком і подвійним статором та додатковою безконтактною обмоткою збудження, що працює у складі автономних систем електроенергетики. Потужність додаткової системи збудження становить близько 2 % потужності генератора. Наявність додаткової безконтактної обмотки, яка живиться постійним струмом, дає можливість керувати напругою генератора шляхом зміни струму збудження. Це вирішує задачу стабілізації вихідної напруги генератора з постійними магнітами при зміні навантаження і частоти обертання вала. У роботі побудовано тривимірну польову осесиметричну математичну модель досліджуваного генератора, яка дала змогу розрахувати та дослідити його характеристики та параметри, зокрема величину магнітної індукції в усіх елементах конструкції. Побудована модель враховує вплив кінцевих ефектів, магнітних полів розсіювання та радіально-осьового характеру замикання основного магнітного потоку та магнітного поля. потік додаткової обмотки збудження. Застосування конструкції з подвійним статором дозволяє більш ефективно використовувати корисний об'єм генератора і підвищити його потужність. Побудовано математичну модель генератора в системі координат d-q, що дозволило синтезувати алгоритми керування системою автоматичної стабілізації напруги генератора за умов зміни навантаження та частоти обертання валу. Алгоритми керування були розроблені на основі концепції зворотних задач динаміки в поєднанні з мінімізацією локальних функціональних можливостей миттєвих значень енергії, що забезпечує надійність системи при зміні параметрів генератора та те, що регулятори реалізовані простим способом, через відсутність операцій диференціювання. На основі побудованих моделей та розроблених алгоритмів шляхом моделювання в середовищі MATLAB/Simulink досліджено якість керування вихідною напругою генератора при зміні навантаження та частоти генератора. При встановленні стрибка номінального навантаження та зміні частоти обертання в межах ±15 % від номінального значення система автоматичної стабілізації забезпечує астатичне регулювання напруги на заданому рівні 48 В. Результати можуть бути практично використані при проектуванні автономних електроенергетичних систем з високим ККД перетворення енергії, зокрема вітрових турбін та гідроагрегатів.
dc.format.extent62 с.
dc.format.pagerangeС. 6–17
dc.identifier.citationDevelopment of control algorithms for magnetoelectric generator with axial magnetic flux and double stator based on mathematical modeling / Mykola Ostroverkhov, Vadim Chumack, Maksym Falchenko, Mykhailo Kovalenko // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – Харків : Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2022. – 6/5 (120). – С. 6-17.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.267265
dc.identifier.orcid0000-0002-7322-8052
dc.identifier.orcid0000-0001-8401-7931
dc.identifier.orcid0000-0002-0964-7164
dc.identifier.orcid0000-0002-5602-2001
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/66638
dc.language.isoen
dc.publisherEastern-European Journal of Enterprise Technologies
dc.publisher.placeХарків
dc.relation.ispartofEastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (120)
dc.subjectmagnetoelectric generators with axial magnetic flux
dc.subjectdouble stator
dc.subjectmathematical modeling
dc.subjectмагнітоелектричні генератори з осьовим магнітним потоком
dc.subjectподвійний статор
dc.subjectматематичне моделювання
dc.subject.udc621.3.078.4
dc.titleDevelopment of control algorithms for magnetoelectric generator with axial magnetic flux and double stator based on mathematical modeling
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Development_of_control_algorithms_for_magnetoelectric_generator.pdf
Розмір:
721.71 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Статті (ЕМ)