Аннотация
В статье анализируется энергетический потенциал малых рек России и ближнего зарубежья. Сделан вывод о том, что энергоемкость малых рек во много раз превышает этот показатель для крупных рек. Это дает основание для развития этой отрасли энергетики. Однако развитие малой гидроэнергетики сдерживается рядом проблем. Это – требования экологии, необходимость больших финансовых затрат на создание малых ГЭС, получение качественной электроэнергии при сезонных колебаниях расхода воды. Для преодоления этих противоречий предлагается разработать гибкую систему проектирования, которая позволяла бы рассчитывать гидрогенераторы для конкретной реки в выбранном заранее месте. При этом можно получить наиболее эффективное преобразование энергии реки в электрическую энергию. Среди большого количества типов генераторов в качестве гидрогенератора малой и средней мощности предлагается применить генератор оригинальной конструкции. Рассматриваемая электрическая машина представляет собой генератор погружного типа с комбинированным возбуждением. Результирующее магнитное поле генератора образуется от двух источников – постоянных магнитов и обмотки возбуждения. При этом гидрогенератор имеет небольшие размеры благодаря использованию мощных постоянных магнитов и обмотку возбуждения для регулирования магнитного потока. В результате появляется возможность регулировки магнитного потока по слаботочной цепи возбуждения. Это упрощает электронную систему управления генератора, делает ее малогабаритной и надежной. Генератор имеет сложную магнитную систему, поэтому для электромагнитного анализа используется программа точного расчета электромагнитного поля на основе метода конечных элементов Ansys Electronics Desktop. Задача усложняется тем, что предлагаемая конструкция не входит в базу типовых конструкций. Возникла необходимость разработки трехмерной модели на базе заложенных в программу примитивов. Были смоделированы выпрямитель и регулятор напряжения в редакторе электронных схем Citrix. Характеристики генератора исследовались совместно с работой электронных компонентов. Разработанная цифровая модель генератора показала хорошую сходимость с реальным генератором по основным параметрам и характеристикам. Представлены результаты исследования.
Ключевые слова
Альтернативная энергетика, гидрогенератор, генератор комбинированного возбуждения, обращенная конструкция, бесконтактный токоподвод, цифровой двойник.
1. Anastasiya A. and Evgeny N. Timoshenko. “Investigations on Possible Places for Installation of Small Hydro Plants at Municipal Industrial Wastewaters”. 14th International Scientific-Technical Conference APEIE – 44894. 2018.
2. Аминов Д.С., Косимов Б.И., Ниматов Р.Р. Использование малых гидроэлектростанций в качестве возобновляемых источников энергии. Приоритетные направления развития энергетики в АПК; Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева. Курган, 22 февраля 2018 г., 2018. С.70-75.
3. R.V. Klyuev; I.I. Bosikov “Research of water-power parameters of small hydropower plants in conditions of mountain territories”. 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2016
4. Dariusz Borkowski. “Small Hydropower Plant as a Supplier for the Primary Energy Consumer,” IEEE International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE). 2015.
5. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Электрические машины с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1964. 480 с.
6. Вольдек А.И. Исследование магнитного поля в воздушном зазоре явнополюсных синхронных машин методом гармонических проводимостей // Электричество. 1966. №7. С. 46–52.
7. Электропривод на базе вентильных индукторных машин с электромагнитным возбуждением / В.Ф. Козаченко, Д.Е. Корпусов // Электронные компоненты. 2005. №6. С. 60-64.
8. Gandzha S., Aminov D. and Kosimov B. «Development of analysis methods for claw-pole synchronous motor of the pilger mill for manufacturing of seamless pipes, 2019, IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI)», 4-5 Oct. 2019, Magnitogorsk, Russia. DOI: 10.1109 / PEAMI.2019.8915343.
9. Голландцев Ю.А. Сравнение механических характеристик асинхронных и вентильных индукторно-реактивных электродвигателей // Информационно-управляющие системы. 2006. №6. С. 50-53.
10. Сравнительный обзор синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и бесколлекторного электродвигателя постоянного тока при непосредственном управлении моментом / И.В. Гуляев, А.В. Волков, А.А. Попов, Е.И. Ионова и др. // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 6. С. 123-128.
11. Опейко О.Ф., Пташкин А.И., Хильмон В.И. Тяговый электропривод с бездатчиковой системой векторного управления // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2010. №6. С. 37-43.
12. Гуляев И.В., Тутаев Г.М. Системы векторного управления электроприводом на основе асинхронизированного вентильного электродвигателя: монография. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. С. 200.
13. Gandzha S., Aminov D. and Kosimov B. “Development of Engineering Method for Calculation of Magnetic Systems for Brushless Motors Based on Finite Element Method,” International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICOEAM), 25-29 March, Sochi, 2019. DOI: 10.1109/ICIEAM.2019.8742976.
14. Gandzha S., Aminov D. and Kosimov B. “Design of Brushless Electric Machine with Axial Magnetic Flux Based on the Use of Nomograms”, 2018, Proceedings - 2018 International Ural Conference on Green Energy, UralCon 2018, 8544320, P. 282-287. DOI: 10.1109/URALCON.2018.8544320.
15. Gandzha S., Aminov D., Kiessh I. and Kosimov B. “Application of Digital Twins Technology for Analysis of Brushless Electric Machines with Axial Magnetic Flux”, Proceedings - 2018 Global Smart Industry Conference, GloSIC 2018. DOI: 10.1109/GloSIC.2018.8570132.
16. Gandzha Sergey, Dilshod Aminov and Kiessh Irina. The development of an engineering technique for calculating magnet systems with permanent magnets, 2018, International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM) Chelyabinsk, Russia, 2018. DOI: 10.1109/GloSIC.2018.8570132.
17. Мартьянов А.С., Неустроев Н.И. Анализ электромеханических систем с помощью ANSYS MAXWELL // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014. №19. С. 47-52.
18. Kovalev K., Ivanov N., Tulinova E. Magnetic field distribution in the active zone of synchronous generators with electromagnetic excitation, 2017, International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2017. Proceedings 8076353. (In Russ.).
19. Babu B.M., Srinivas L.R. and Bindhu B. A MLI topology with different braking mechanisms employing BLDC drive. IEEE International Conference on Power, Control, Signals and Instrumentation Engineering, ICPCSI. Chennai, India, 2017, pp. 1845-1849. DOI:10.1109/ICPCSI.2017.8392034.
20. Papini L., Raminosoa T., Gerada D. and Gerada C. "A high-speed permanent-magnet machine for fault-tolerant drivetrains", IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 61, no. 6, pp. 3071-3080, Jun. 2014.xico. 2003, no. 4, pp. 1677-1681. DOI: 10.1109/PESC.2003.1217709.
21. Gandzha S., Aminov D. and Kosimov B. “Application of the combined Excitation Submersible Hydrogenerator as an Alternative energy source for small and medium rivers. 2019 IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI)", 4-5 Oct. 2019, Magnitogorsk, Russia. DOI: 10.1109/PEAMI.2019.8915294.
22. Ганджа С.А., Аминов Д.С. Разработка водопогружного гидрогенератора в качестве возобновляемого источника электроэнергии малых рек // Материалы десятой научной конференции аспирантов и докторантов ЮУрГУ. Челябинск, 2018. С.82-86.