Chumack, Vadim; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Tsyvinskyi, Serhii; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Kovalenko, Mykhailo; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Ponomarev, Alexej; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Tkachuk, Ihor; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Chumack, Vadim; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Tsyvinskyi, Serhii; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Kovalenko, Mykhailo; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, Ponomarev, Alexej; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056, and Tkachuk, Ihor; National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy ave., 37, Kyiv, Ukraine, 03056 more...
The generators of classical design ‒ with a cylindrical stator and rotor ‒ are of interest. This is predetermined by that a given structure is the most common, simple, and technological. The result of the development of such electric machines is a possibility to build a combined series of induction motors and magnetoelectric synchronous machines. In these machines, replacing a short-circuited rotor by a rotor with permanent magnets and controlled working magnetic flux turns the induction machine into a magnetoelectric synchronous one. All existing generators with permanent magnets have a major drawback: there is almost no possibility to control output voltage and, in some cases, power. This is especially true for autonomous power systems. Known methods of output voltage control lead to higher cost, compromised reliability, deterioration of mass-size indicators.This paper reports the construction of a three-dimensional field mathematical model of a magnetoelectric synchronous generator with permanent magnets. The model has been implemented using a finite element method in the software package COMSOL Multiphysics. We show the distribution of the electromagnetic field in the active volume of the generator under control and without it. The impact of a control current in the magnetized winding on the external characteristics of the generator at a different coefficient of load power has been calculated. Applying the devised model has enabled the synthesis of a current control law in the magnetizing winding at a change in the load over a wide range.The results obtained demonstrate that it is possible to control output voltage of the generator with permanent magnets by using an additional magnetizing winding. The winding acts as an electromagnetic bridge for the main magnetic flux, which is created by permanent magnets. Our analysis of results has shown that it is possible to regulate the output voltage of the generator with constant magnets within –35 %, +15 %., Интерес представляют генераторы классической конструкции – с цилиндрическим статором и ротором. Это обусловлено тем, что данная конструкция является наиболее распространенной, простой и технологичной. Результатом разработки таких электрических машин является возможность создания объединенной серии асинхронных двигателей и магнитоэлектрических синхронных машин. В этих машинах замена КЗ ротора на ротор с постоянными магнитами и управляемым рабочим магнитным потоком превращает асинхронную машину в магнитоэлектрическую синхронную. Все существующие генераторы с постоянными магнитами имеют главный недостаток: практически отсутствует возможность регулирования выходного напряжения и в отдельных случаях – мощности. Это особенно актуально для автономных энергосистем. Известные методы регулирования выходного напряжения приводят к повышению стоимости, снижению надежности, ухудшению массогабаритных показателей.Разработана трехмерная полевая математическая модель магнитоэлектрического синхронного генератора с постоянными магнитами. Модель реализована методом конечных элементов в программном пакете COMSOL Multiphysics. Показано распределение электромагнитного поля в активном объеме генератора при управлении и без него. Рассчитано влияние тока управления в подмагничивающей обмотке на внешние характеристики генератора при различном коэффициенте мощности нагрузки. С помощью разработанной модели синтезирован закон управления током в подмагничивающей обмотке при изменении нагрузки в широких пределах.Полученные результаты показывают, что существует возможность регулирования выходного напряжения генератора с постоянными магнитами за счет использования дополнительной подмагничивающей обмотки. Обмотка выполняет роль электромагнитного шунта для основного магнитного потока, который создают постоянные магниты. Анализ результатов показал, что существует возможность в широких пределах регулировать выходное напряжение генератора с постоянными магнитами в пределах - 35 %, + 15 %, Інтерес представляють генератори класичної конструкції – із циліндричним статором та ротором. Це обумовлено тим, що дана конструкція є найбільш розповсюдженою, простою та технологічною. Результатом розробки таких електричних машин є можливість створення об’єднаної серії асинхронних двигунів та магнітоелектричних синхронних машин. В цих машинах заміна КЗ ротора на ротор з постійними магнітами та керованим робочим магнітним потоком перетворює асинхронну машину в магнітоелектричну синхронну. Всі існуючі генератори із постійними магнітами мають головний недолік: практично відсутня можливість регулювання вихідної напруги та в окремих випадках потужності. Це особливо актуально для автономних енергосистем. Відомі методи регулювання вихідної напруги призводять до підвищення вартості, зниження надійності, погіршення вагогабаритних показників.Розроблено тривимірну польову математичну модель магнітоелектричного синхронного генератора із постійними магнітами. Модель реалізована методом скінченних елементів в програмному пакеті COMSOL Multiphysics. Показано розподіл електромагнітного поля в активній зоні генератора при управлінні і без нього. Розраховано вплив струму управління в підмагнічуючій обмотці на зовнішні характеристики генератора при різному коефіцієнті потужності навантаження. За допомогою розробленої моделі синтезовано закон управління струмом в підмагнічуючій обмотці при зміні навантаження в широких межах.Отримані результати показують, що існує можливість регулювання вихідної напруги генератора з постійними магнітами з допомогою використання додаткової підмагнічуючої обмотки. Обмотка виконує роль електромагнітного шунта для основного магнітного потоку, який створюють постійні магніти. Аналіз результатів показав, що існує можливість в широких межах регулювати вихідну напругу генератора із постійними магнітами в межах – 35 %, +15 % more...