Оцінювання маси основного обладнання вітроенергетичної установки з аеродинамічним мультиплікуванням на базі асинхронного генератора з фазним ротором
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-288-2-49-55Ключові слова:
асинхронний генератор з фазним ротором, вітроенергетична установка, аеродинамічне мультиплікування, крановий двигун у генераторному режимі, тривала робота, вольтододавальний автотрансформатор, маса обладнанняАнотація
У статті вказано відомості про національні плани України щодо розвитку енергетики та вітроенергетики до 2030 року. Наводяться історичні відомості про дослідження вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням. Подано аналітичний огляд новітніх досліджень вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням, започаткованих українськими вченими. Вказано про перспективність використання електрообладнання таких установок на базі асинхронного генератора з фазним ротором та перетворювачем частоти на потужність ковзання, що мають кращі масогабаритні показники. Наведено відомості про роботу вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням. Описано структурну схему електрообладнання для керування потужністю асинхронного генератора з фазним ротором та наведено короткі відомості про її функціонування. З використанням перетворювача частоти можливо відмовитися від регулювання кута встановлення лопатей первинної вітротурбіни. Існуючий ринок асинхронних машин з фазним ротором обмежено крановими двигунами, які мають великий струм намагнічування та працюють у повторно-короткочасному режимі. Знизити струм намагнічування можливо зменшенням напруги статора двигуна, що, з іншого боку, приводить до підвищення струму ротора. В попередніх публікаціях проведена оптимізація напруги статора, при якій струм ротора не перевищує номінальне значення у тривалому режимі. Для узгодження оптимального значення напруги статора генератора з номінальною напругою навантаження необхідне встановлення вольтододавального автотрансформатора. Проведено розрахунки сумарної маси трьох асинхронних генераторів з фазним ротором та вольтододавального автотрансформатора для всієї серії кранових двигунів при використанні їх в вітроенергетичних установках з аеродинамічним мультиплікуванням. Порівняння загальної маси електрообладнання на базі асинхронного генератора з фазним ротором з масою синхронних генераторів, які використовувалися до сьогодення, показали їх перевагу. При використанні серійних асинхронних машин вдається покращити масу обладнання, що розташовано на лопатях первинної вітротурбіни, майже в 2 рази.
Посилання
1. Про затвердження Національного плану дій з відновлюваної енергетики на період до 2030 року та плану заходів з його виконання. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/761-2024-%D1%80#n12. (Дата звернення 18.03.2025).
2. Національний план з енергетики та клімату на період до 2030 року. URL: https://me.gov.ua/Documents/Detail?lang=uk-UA&id=17f558a7-b4b4-42ca-b662-2811f42d4a33&title=NatsionalniiPlanZEnergetikiTaKlimatuNaPeriodDo2030-Roku (дата звернення 17.03.2025).
3. Патент СССР №1457, Класс 88-с. Ветроэлектрический генератор / А.Г. Уфимцев. заявл. 14.01.1924; опубл. 31.07.1926.
4. Красовский Н.В. Схема ветряного двигателя с аэродинамической передачей для мощностей 100-3.000 кв / Н.В. Красовский // Известия ОГИН. Москва. Ан СССР. 1939. №5: 15.
5. Патент на винахід UA49970, МПК F03D 1/00. Вітродвигун / М.С. Голубенко, О.Л. Кадацький, В.С. Легеза, В.О. Циганов, С.І. Лось, Г.В. Гальмаков; заявник і патентовласник Державне конструкторське бюро 255 «Південне» ім. М.К. Янгеля. № 2000031794, заявл. 30.03.2002; опубл. 15.10.2002, Бюл. № 10.
6. Голубенко Н.С. Ветровая электрическая турбогенера-торная установка ТГ-750 / Н.С. Голубенко, В Е. Олишевская, С.Д. Курдюков, Г.С. Олишевский, С.С. Курдюков // Наука та інновації. 2008. 4, №6: 71-77. 10.15407/scin4.06.071.
7. Голубенко Н.С. Тенденции развития ветроэнергетики и безмультипликаторные ветровые установки / Голубенко Н.С., Довгалюк С.М., Фельдман А.М., Цыганов В.А. // Нетрадиционная энергетика ХХІ века: Материалы IV международной конференции (Крым, Гурзуф, 2003). 2003: 68-74.
8. Миргород В.Ф., Ранченко Г.С., Голубенко Н.С. Моделирование динамических режимов ветроэнергетической установки большой мощности. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2006. № 4(30). С. 96–99.
9. Alekseevskiy, Dmitriy, et al. "Procedure for the Synthesis of Models of Electrotechnical Complexes." Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 6, no. 9, 2018: 48-54, 10.15587/1729-4061.2018.150483.
10. Андриенко П.Д. Повышение единичной мощности и эффективности ВЭУ с аэродинамической мультипликацией/П. Д. Андриенко, В. П. Метельская, И. Ю. Немудрый // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: проблемы автоматизированного электропривода. Харьков: НТУ "ХПИ". 2013.
№ 36 (1009): С. 394-395.
11. Andrienko P. & Alekseevskiy, D.G. & Blyzniakov, O.V. & Nemykina, О. & Nemudriy, I.Yu. Efficiency analysis of electromechanical conversion systems of wind turbines with aerodynamic multiplication. Tekhnichna Elektrodynamika. 2023: 44-53. 10.15407/techned2023.06.044.
12. Strunkin, H. Simulation of the operation of a voltage inverter as part of an autonomous wind power plant with aerodynamic multiplication based on an asynchronous generator with a phase rotor. Technologies and Engineering, 2024. 25(6): 69-79. 10.30857/2786-5371.2024.6.7.
13. Strunkin H., "Simulation of the operation of an autonomous wind power plant with aerodynamic multiplication based on asynchronous generator with a phase rotor with excitation from a voltage-source inverter," Turk J Electr Power Energy Syst., Published online January 27, 2025. 10.5152/tepes.2025.24034.
14. Morgan, L. and Leithead, W.: Aerodynamic modelling of a novel vertical axis wind turbine concept, Journal of Physics: Conference Series, 2257. 10.1088/1742-6596/2257/1/012001, 2022.
15. Morgan, L., Leithead, W., & Carroll, J. On the use of secondary rotors for vertical axis wind turbine power take off. Wind Energy, 2024. 27(6): 569-582. 10.1002/we.2901.
16. Abadi, G.; Lopez, J.; Rodriguez, M.; Marroyo, L.; Iwanski, G. Doubly Fed Induction Machine: Modeling and Control for Wind Energy Generation, 1st ed.; John Wiley and Sons, Inc.: Hobokes, NJ, USA, 2011.
17. Стрункін Г.М. Застосування пристроїв силової електроніки. Дніпро. Середняк Т. К., 2024: 408. ISBN 978-617-8139-59-9.
18. Алексієвський Д.Г. Синтез електромеханічних систем вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням. – Дис. … доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 «Електротехнічні комплекси та системи» Запорізький національний університет, Запоріжжя, 2020: 331.
19. Стрункін, Г. Автономна вітроенергетична установка з аеродинамічним мультиплікуванням на базі асинхронного генератора з фазним ротором зі збудженням від інвертора напруги. Технічні науки та технології, 2024. 4 (38): 245–253. 10.25140/2411-5363-2024-4(38)-245-253.
20. Отраслевой портал, посвященный рынку электродвигателей. – URL: http://dvigatel.info, (дата звернення 12.06.2023).
21. Лесник В.А., Мазуренко Л.И., Шуруб Ю.В., Джура А.В. Габаритная мощность асинхронной машины в генераторном режиме работы. / Техническая электродинамика. 2004. №2: 32-35.
22. Переверзев А.В., Алексеевский Д.Г., Семенов В.В., Буров А.Н., Стрункин Г.Н., Таранец А.В. Об использовании крановых асинхронных двигателей в качестве генераторов для автономных ВЭУ. / Електротехніка та електроенергетика. 2008. №1: 20-23.
23. Краново-металлургические электродвигатели / Баталов Н. М., Белый В. А., Иоффе А. Б. и др. М.: Энергия, 1967: 238.
24. Трансформатори ТСП та ТСП 1. Каталог ЗВП «НЕОН» УТОГ. URL: https://www.neonzpp.com.ua/ua/docs/tsp.pdf (дата звернення 10.05.2024).
25. Индукторные машины. Технический каталог НП ЗАО «Электромаш». URL: https://zzem.com.ua/img/UserFiles/inductor_machines.pdf (дата звернення 10.05.2024).
