Математическое моделирование внешнего магнитного поля низкоскоростных управляемых электромеханических преобразователей ветроэнергетических установок

Изучение конструкции низкоскоростного управляемого электромеханического преобразователя ветроэнергетических установок – двигателя с катящимся ротором. Разработка математической модели для исследования его внешнего магнитного поля с целью диагностики.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 19.12.2017
Размер файла 483,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Математическое моделирование внешнего магнитного поля низкоскоростных управляемых электромеханических преобразователей ветроэнергетических установок

Зигангирова Юлия Владимировна

аспирант, кафедра Информатики,

факультет информатики и робототехники,

Уфимский государственный авиационный

технический университет г. Уфа, Россия

Пашали Диана Юрьевна

доцент, кандидат технических наук,

кафедра Электромеханика, факультет

авионики, энергетики и инфокоммуникаций Уфимский государственный авиационный технический университет г. Уфа, Россия

Айгузина Валентина Владимировна

студент, кафедра Электромеханика, факультет авионики, энергетики и инфокоммуникаций Уфимский государственный авиационный технический университет г. Уфа, Россия

Юшкова Оксана Алексеевна

доцент, кандидат технических наук, кафедра электромеханика факультет авионики, энергетики и инфокоммуникаций Уфимский государственный авиационный технический университет г. Уфа, Россия

Пашали Вера Максимовна

студент, кафедра Экономика предпринимательства, институт экономики и управления Уфимский государственный авиационный технический университет г. Уфа, Россия

Денисенко Артем Валентинович

студент, кафедра вычислительной математики и кибернетики, факультет информатики и робототехники, Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа, Россия

Аннотация: в статье приведена разработанная авторами конструкция низкоскоростного управляемого электромеханического преобразователя ветроэнергетических установок - двигателя с катящимся ротором, разработаны математическая модель для исследования его внешнего магнитного поля с целью диагностики, и оригинальное программное обеспечение, позволяющее повысить точность и быстродействие диагностики технического состояния двигателя с катящимся ротором по внешнему магнитному полю.

Ключевые слова: внешнее магнитное поле, низкоскоростной управляемый электромеханический преобразователь, двигатель с катящимся ротором, ветроэнергетическая установка, диагностика технического состояния

преобразователь электромеханический установка ветроэнергетический

Турбины ветроэнергетических установок (ВЭУ) имеют сравнительно низкую частоту вращения ветроколеса (ВК) (40ч500 об/мин), что требует применение согласующего элемента (СЭ) - механического мультипликатора или редуктора, так как серийные генераторы имеют высокую частоту вращения (1000ч3000 об/мин). При этом одной из основных причин выхода из строя ВЭУ является быстрый износ СЭ вследствие переменных частот вращения и резкопеременных нагрузок. СЭ является нелинейным элементом системы регулирования, ввиду наличия люфтов и непостоянства коэффициента передачи по скорости. Очевидно, что применение СЭ усложняет конструкцию и снижает надежность ВЭУ, известны способы повышения надежности:

- применение специальных многополюсных генераторов, обеспечивающих высокое использование по мощности при низких частотах вращения, подобные ВЭУ выпускаются фирмами Danish Wind Technology (Дания), JEC Energy (США), Bristol Aerospace (Канада), LMM Windenergy (Нидерланды), Windkraft Zentrale (ФРГ) и т.д.;

- применение прецизионных зубчатых пар с устройствами для выбора люфтов [1], недостатком подобных конструкций является то, что множественные точки люфтов, взаимодействуя, делают работу позиционного управления нестабильной и неточной. При необходимости обеспечения относительной погрешности скорости механизма установлено, что редукторы, даже при их прецизионном исполнении, становятся одним из основных источников возмущений.

Ввиду вышеизложенного актуален вопрос разработки низкоскоростных управляемых электромеханических преобразователей (НУЭМП), которые исключают применение повышающего или понижающего СЭ. Для того чтобы такие НУЭМП могли конкурировать с высокоскоростными машинами с согласующим редуктором, они должны обладать отличительными удельными показателями - величиной момента на единицу массы (или развиваемой силы на единицу поверхности расточки статора), такими НУЭМП являются двигатели с катящимся ротором (ДКР). Принцип действия ДКР основан на изменении проводимости воздушного зазора при движении ротора, а их разработка для применения в ВЭУ и повышение их надежности является актуальной научно-технической задачей.

Целью работы является разработка: конструкции двигателя с катящимся ротором, работающего в качестве ветрогенератора, непосредственно от ветроколеса без промежуточного согласующего элемента; математической модели внешнего магнитного поля двигателя с катящимся ротором для диагностирования его технического состояния; оригинального программного обеспечения для повышения точности и быстродействия диагностики двигателя с катящимся ротором по внешнему магнитному полю.

Авторами разработана математическая модель внешнего магнитного поля двигателя с катящимся ротором (ММ ВМП ДКР) для диагностирования его технического состояния. Расчетная схема ДКР, отражающая основные элементы конструкции, приведена на рис.1. Основными допущениями ММ ВМП ДКР являются: магнитная проницаемость внешней среды равна магнитной проницаемости вакуума, µ0 = 4р х 10-7 Гн/м, длина ДКР вдоль расточки статора бесконечна, статор имеет гладкую наружную цилиндрическую круговую поверхность.

 

Рис. 1. Расчётная схема ДКР 

1 - ротор; 2 - воздушный зазор; 3 - статор; 4 - внешняя среда ДКР, 

А - точка пространства, в которой определяется ВМП

Учитывая, что магнитное поле однопериодное, то есть p=1, среднее значение напряжённости магнитного поля в зазоре: 

 

eK- конструктивный эксцентриситет, eтп - эксцентриситет, вызванный технологической погрешностью взаимного расположения и формы поверхностей статора и ротора, в - координата смещения оси ротора относительно оси статора из-за технологической погрешности их расположения и формы,

- максимальный и минимальный зазоры соответственно; щ - частота вращения ротора.

Напряжённость в статоре с учётом насыщения стали определяется выражением [2]:

где - внешний радиус магнитопровода статора ДКР;

 - относительная магнитная проницаемость статора.

С учётом принятых допущений выражение для радиальной составляющей напряжённости поля на поверхности статора ДКР, нормальной к его поверхности:

 

 

- число пар полюсов произвольной гармоники магнитодвижущей силы статора (для основной гармоники

-

удельная электрическая проводимость материала статора.

С целью повышения точности и быстродействия оценки технического состояния ДКР авторами разработано и апробировано оригинальное программное обеспечение (ПО) для расчета ВМП ДКР [3], ниже приведен основной код ПО.

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

extr=handles.metricdata.edit14;

w=handles.metricdata.edit15;

pvi=handles.metricdata.edit17;

electr_stator=handles.metricdata.edit19;

magn_stator=handles.metricdata.edit20;

line_current_load=handles.metricdata.edit21;

R_stator=handles.metricdata.edit22;

R_vnut=handles.metricdata.edit23;

dR_stator=handles.metricdata.edit24;

dR=handles.metricdata.edit25;

length=handles.metricdata.edit27;

d_zazor=handles.metricdata.edit10;

Создание матрицы экцентриситета

step_otn_excentrisitet=handles.metricdata.edit30;

n_otn_excentrisitet=handles.metricdata.edit29;

otn_excentrisitet(1)=handles.metricdata.edit28;

otn_excentrisitet=zeros(1,(n_otn_excentrisitet-otn_excentrisitet(1))/step_otn_excentrisitet);

otn_excentrisitet(1)=handles.metricdata.edit28;

for i=2:abs((n_otn_excentrisitet-otn_excentrisitet(1))/step_otn_excentrisitet)

otn_excentrisitet(i)=otn_excentrisitet(i-1)+step_otn_excentrisitet;

end

Создание матрицы альфа

step_alpha=handles.metricdata.edit33/180*pi;

n_alpha=handles.metricdata.edit32/180*pi;

alpha(1)=handles.metricdata.edit31/180*pi;

alpha=zeros(1,(n_alpha-alpha(1))/step_alpha);

alpha(1)=handles.metricdata.edit31;

for i=2:abs((n_alpha-alpha(1))/step_alpha)

alpha(i)=alpha(i-1)+step_alpha;

end

Создание заготовки матрицы напряженностей

H_vmpi=zeros((n_otn_excentrisitet-otn_excentrisitet(1))/step_otn_excentrisitet,(n_alpha-alpha(1))/step_alpha);

t=1; %Указание рассматриваемого момента времени

n=1;

Непосредственное вычисление

for i=1:abs((n_otn_excentrisitet-otn_excentrisitet(1))/step_otn_excentrisitet)

for j=1:abs((n_alpha-alpha(1))/step_alpha)

vspom_k = (1-otn_excentrisitet(i)^2)^(-1/2);

vspom_v = (1-(1-otn_excentrisitet(i)^2)^(1/2))/otn_excentrisitet(i);

H_zazor = R_stator * line_current_load * vspom_k/d_zazor*((1-vspom_v^2)*cos(alpha(j)-w*t)-vspom_v^2*cos(alpha(j)+w*t)+vspom_v*cos(2*alpha(j)-w*t));

H_stator = H_zazor *R_stator/magn_stator/dR_stator;

lambda_r = pi* (2*n-1)/length;

ff_nar = sqrt((lambda_r*R_vnut)^2 + pvi^2);

ff_vnut = sqrt((lambda_r*R_vnut)^2 - pvi^2);

x_nar = 1i*sqrt(1i*w*electr_stator*magn_stator*pvi*R_vnut^2+ff_nar^2);

x_vnut= 1i*sqrt(1i*w*electr_stator*magn_stator*pvi*R_vnut^2+ff_vnut^2);

xyz = x_vnut - x_nar;

psi_nar=x_nar/ff_nar/magn_stator;

psi_vnut=x_nar/ff_vnut/magn_stator;

H_vmpi(i,j) = H_stator*(sqrt(psi_nar*psi_vnut)*exp(4*pi*(ff_nar-ff_vnut)))*(dR*(psi_nar+psi_vnut)*cosh(xyz)+(1+psi_nar*psi_vnut)*sinh(xyz))*((2*R_vnut+dR)/2+sqrt(2/w*electr_stator*magn_stator)); end

Распределение радиальной составляющей напряженности ВМП в зависимости от величины общего эксцентриситета ДКР представлено на рис. 2. 

 

Рис 2. Диалоговое окно программы

Авторами разработана конструкция низкоскоростного управляемого электромеханического преобразователя ветроэнергетических установок - двигателя с катящимся ротором, разработаны математическая модель для исследования его внешнего магнитного поля с целью диагностики, и оригинальное программное обеспечение, позволяющее повысить точность и быстродействие диагностики технического состояния двигателя с катящимся ротором по внешнему магнитному полю.

Список литературы

1. Дунаев А.А., Наний В.В. Место двигателя с катящимся ротором в общей эволюции электромеханических преобразователей // Энергосберегающие технологии и оборудование. № 5/8 (53) - 2011. С. 11-14.

2. Афанасьев Ю.В., Пашали Д.Ю., Юшкова О.А., Айгузина В.В. Математическая модель внешнего магнитного поля тихоходного двигателя с катящимся ротором // Электротехнические комплексы и системы: межвузовский научный сборник / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа, УГАТУ, 2014. - 211 с.

3. Пашали Д.Ю., Айгузина В.В., Зигангирова Ю.В., Юшкова О.А., Пашали В.М. Расчет внешнего магнитного поля электродвигателя с катящимся ротором // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016611564, опубл. 04.02.2016.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Обнаружение магнитоупругого эффекта при воздействии на феррит акустической волны при отсутствии и наличии внешнего постоянного магнитного поля. Исследование изменения магнитоупругого эффекта при изменении величины напряженности внешнего магнитного поля.

    дипломная работа [2,9 M], добавлен 14.12.2015

  • Механические характеристики ветротурбин. Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок. Построение математической модели силового полупроводникового преобразователя в составе электромеханической системы имитатора ветротурбины.

    дипломная работа [4,3 M], добавлен 22.12.2010

  • Регулирование скорости тягового электродвигателя при изменении магнитного поля. Пересчет характеристик при изменении магнитного поля и смешанном возбуждении. Особенности магнитного потока при шунтировании сопротивления и изменением числа витков обмотки.

    презентация [321,9 K], добавлен 14.08.2013

  • Анализ источников магнитного поля, основные методы его расчета. Связь основных величин, характеризующих магнитное поле. Интегральная и дифференциальная формы закона полного тока. Принцип непрерывности магнитного потока. Алгоритм расчёта поля катушки.

    дипломная работа [168,7 K], добавлен 18.07.2012

  • История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.

    презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010

  • Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Магнитные свойства веществ. Условия создания и проявление магнитного поля. Закон Ампера и единицы измерения магнитного поля.

    презентация [293,1 K], добавлен 16.11.2011

  • Образование вращающегося магнитного поля. Подключение обмотки статора к цепи переменного трехфазного тока. Принцип действия асинхронного двигателя. Приведение параметров вторичной обмотки к первичной. Индукция магнитного поля. Частота вращения ротора.

    презентация [455,0 K], добавлен 21.10.2013

  • Основные этапы и правила сборки схемы управления двигателя при помощи реверсивного магнитного пускателя. Исследование порядка и принципов работы схемы данного двигателя с короткозамкнутым ротором при использовании реверсивного магнитного пускателя.

    лабораторная работа [29,5 K], добавлен 12.01.2010

  • Изучение особенностей использования ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. Анализ состояния российской энергетики, проблем энергосбережения. Расчет плоского солнечного коллектора и экономии топлива, биогазовой и ветродвигательной установок.

    курсовая работа [261,7 K], добавлен 10.03.2013

  • Происхождение и общая структура геомагнитного поля. Воздействие потока солнечной плазмы на магнитосферу Земли. Влияние резкого изменения внешнего магнитного поля при магнитной буре или активной геомагнитной зоне на самочувствие и здоровье человека.

    реферат [718,1 K], добавлен 04.08.2014

  • Основные параметры электромагнитного поля и механизмы его воздействия на человека. Методы измерения параметров электромагнитного поля. Индукция магнитного поля. Разработка технических требований к прибору. Датчик напряженности электромагнитного поля.

    курсовая работа [780,2 K], добавлен 15.12.2011

  • Теоретическая характеристика магнитного импеданса и методика его исследования. Основные факторы, влияющие на МИ-эффект. Влияние упругих растягивающих напряжений на магнитоимпеданс аморфных фольг. Датчики магнитного поля на основе магнитного импеданса.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.12.2010

  • Изучение свойств графита и структуры однослойных нанотруб. Квантовые поправки к проводимости невзаимодействующих электронов. Эффекты слабой локализации в присутствии магнитного поля. Взаимодействие в куперовском канале в присутствии магнитного поля.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 20.10.2011

  • Виды геометрической симметрии источников магнитного поля. Двойственность локальной идеализации токового источника. Опытное обнаружение безвихревого вида электромагнитной индукции. Магнито-термический эффект.

    статья [57,7 K], добавлен 02.09.2007

  • Расчет основных параметров низкотемпературной газоразрядной плазмы. Расчет аналитических выражений для концентрации и поля пространственного ограниченной плазмы в отсутствие магнитного поля и при наличии магнитного поля. Простейшая модель плазмы.

    курсовая работа [651,1 K], добавлен 20.12.2012

  • Понятие и основные свойства магнитного поля, изучение замкнутого контура с током в магнитном поле. Параметры и определение направления вектора и линий магнитной индукции. Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера, открытие им силы Ампера.

    контрольная работа [31,4 K], добавлен 05.01.2010

  • Магнитное поле Земли и его характеристики. Понятие геомагнитных возмущений и их краткая характеристика. Механизм возмущения магнитного поля Земли. Влияние ядерных взрывов на магнитное поле. Механизм влияния различных факторов на геомагнитное поле Земли.

    контрольная работа [30,6 K], добавлен 07.12.2011

  • Электрический заряд и закон его сохранения в физике, определение напряженности электрического поля. Поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Свойства магнитного поля, движение заряда в нем. Ядерная модель атома и реакции с его участием.

    контрольная работа [5,6 M], добавлен 14.12.2009

  • Введение в магнитостатику, сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля и его графическое изображение. Сущность принципа суперпозиции. Примеры расчета магнитного поля прямого тока и равномерно движущегося заряда.

    лекция [324,8 K], добавлен 24.09.2013

  • Определение ионосферы и линейного слоя, расчёт диалектической проницаемости ионосферы без учёта магнитного поля. Распределение магнитного поля в точке попадания на Землю отражённого луча. Закон изменения электронной концентрации для линейного слоя.

    курсовая работа [321,8 K], добавлен 14.07.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.