CC BY
0УДК 621.317
Гулиев А.П.
докторант кафедры «Электроэнергетика» Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (г. Баку, Азербайджан)
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЛЕВИТАЦИИ ДЛЯ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ
Аннотация: в настоящее время ветроэнергетика развивается быстрее других направлений. Создание ветроэнергетических установок с высоким КПД является актуальной проблемой. В настоящее время во многих странах существуют тысячи ветряных турбин различного назначения и конструкции. Малые и средние ветрогенераторы обеспечивают электроэнергией небольшие фермы, островные поселения и телебашни, автомагистрали, агропромышленные комплексы и другие местные объекты.
Ключевые слова: ветроэнергетика, магнитной левитации, магнитной системы, индукционная левитация.
Ветрогенераторы на магнитной левитации с вертикальной осью имеют ряд преимуществ по сравнению с ветрогенераторами с горизонтальной осью [14].
Благодаря отсутствию механических контактов и трения они могут работать бесшумно и длительное время при скорости ветра ниже 7 м/с.
Низкие эксплуатационные расходы, высокий коэффициент полезного действия,
эффективная обработка электроснабжения местных объектов в регионах с очень низкой скоростью ветра.
Перспективы развития ветрогенераторов на магнитной левитации с вертикальной осью, эксплуатируемых и демонстрируемых в многих странах, уже
подтверждены. Научно-исследовательские работы, связанные с их применением и эксплуатацией, идут быстрыми темпами. Повышение эффективности ветрогенератора приводит к постепенному снижению потребности в дорогих традиционных генераторах, вызывающих загрязнение окружающей среды, и к производству большего количества энергии ветра. Поэтому все больше внимания уделяется совершенствованию ветрогенераторов с вертикальной осью на основе индукционной левитации и фиксированных магнитов и решению конструктивных вопросов [5-7]. На рисунке 1 представлена принципиальная схема системы левитации ветрогене-ратора индукционной левитации. В нижней части стального сердечника с трехстержневой магнитной системой 1 размещена неподвижная ударная петля 2. Эта схема питается от источника переменного тока. Над ним расположена короткозамкнутая обмотка левитации 3. Ток, текущий через обмотку возбуждения 11, индуцирует переменный ток 12 в петле левитации, что приводит к возникновению подъемной электромагнитной силы Fe. Благодаря воздействию электромагнитной силы петля левитации оседает на определенной высоте h (высота левитации). Электромагнитная сила Fe полностью компенсирует силы тяжести турбины и левитационной обмотка, создавая эффект левитации. Электромагнитная сила и токи определяются по следующим формулам.
где W1 и W2 - количество обмоток, Ь2=0,97^0,98 - коэффициент, характеризующий магнитную связь между обмотками, X - удельная магнитная проницаемость рабочего воздушного пространства, в котором движется левитационная обмотка [7,8]. Тогда (3) получается из совместного решения формул (1) и (2):
Г€ = 0.5Л(1^])1=Рт+Ра
(О
(2)
ки - коэффициент, учитывающий активное падение напряжения затронутого контура 1Ж, Ь- высота левитации, Ьо- эквивалентная высота [9-13].
Известно, что активная мощность в них обусловлена действием токов, протекающих по катушкам происходят потери, в результате чего они нагреваются, возникает эффект «теплового дрейфа» [14]. Из-за эффекта «теплового дрейфа» левитирующая катушка на короткое время слегка скользит вниз. Чтобы уменьшить влияние такого нежелательного эффекта, необходимо уменьшить тепловую постоянную времени. Для этого катушки должны быть изготовлены из материалов с высокой электропроводностью (например, меди). Поэтому предлагается выполнять обмотку индукционно-левитационных магнитных систем медными проводами [15-19].
Рисунок 1. Принципиальная схема магнитной системы с индукционной левитацией.
Общая поверхность охлаждения левитационной петли
(5)
здесь
5*.. = к2(п2 +4с); ^ = 0.5/?,(,т, + 4Д); ^ = 2с I
(6)
Д = Д0+Д,;2Д0*2ДА*1*1(Г3 Общая поверхность охлаждения левитационной обмотка
12 = ж2 +4с2 +4Ди тт2 +4с2,пс = 2(2а + Ь);л1 =ттс +4Д
1-3
(7)
(8)
(9)
Коэффициент п* определяется опытным путем и показывает эффективность теплоотдачи от различных поверхностей. Поскольку стальной сердечник нагревается переменным током, п =0 принимается для поверхности катушки, близкой к сердечнику. В этом случае ntSd =0 и формула (9) записывается следующим образом:
п =0,9 для бескаркасных бандановых катушек, п =1,7 для спиральных катушек и п =2.4 принимается, если обмотка намотана непосредственно на сердечник [20-23].
Из формул видно, что площадь охлаждающей поверхности левитационной петли зависит от безразмерных коэффициентов пе2 и п*. Поскольку эти коэффициенты являются приблизительными в расчетах, могут быть пе2=2^6 vэ п1=1,7.
(Ю)
= А + 2(2/), + т], + жс)с2 + Ь2щ
(11)
Потери активной мощности Р2 и активное сопротивление г2 находятся по следующим формулам [24-26]:
Здесь а0=0.0042 1/с, р20=2.7810-8 Омм, принята температура окружающей среды 00=35 оС. На основе [27] математических выражений (11) и (15) получаем
Из формул видно, что с увеличением коэффициента левитации пе2 коэффициент уменьшается, в результате уменьшается и толщина петли левитации с2. При этом высота М увеличивается при заданном значении температуры t2. Определив толщину левитационного кольца, нетрудно вычислить остальные параметры:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Гулиев А.П. Тепловой расчет обмоток вихревого ветроэнергетического генератора. Международный научный журнал «Вестник науки» № 3,(60) Том 4. 2023;
2. N.A. Yusifbayli, A.P. Guliyev, I.M. Marufov. Determination of main parameters and thermal report of vertical axis magnetic levitation wind generator system. International Journal on "Technical and Physical Problems of Engin E Ering" Vol 15. Number 4. Pages 94-99, 2023;
3. G.V.Mamedova, G.S.Kerimzade, N.M.Piriyeva. "Electromagnetic calculation of tension devices for winding wires of small cross sections" IJ TPE Journal, ISSUE 53.Volume 14. Number 4. December, 2022, Pp.80-85;
4. Piriyeva N.M., Karimzada G.S. «Mathematical model for the calculation of electrical devices based on induction levitators». IJ TPE Journal, ISSUE 55. Volume 15. Number 2, (Serial № 00551502- 0623), IJTPE - june 2023. p.274-280;
5. N.M.Piriyeva "Design of electric devices with induction levitation elements", International Journal on "Technical and Physical Problems of Engin E Ering" (IJTPE) Published by International Organization of IOTPE, Vol.14, No.1, pp. 124-129, mart 2022;
6. N.M.Piriyeva, G.S. Kerimzade, G.V.Mamedova. "Issues of design of electrical devices with levitation elements". International Journal on "Technical and Physical Problems of Engin E Ering" Journal Issue 56, Vol. 15 No 3. s.120-125;
7. Y.R. Abdullayev, N.M. Piriyeva, O.O. Kerimzade, "Calculation of excitation winding of the stepped inductional levitator", 11th International Conference on "Texnical and Phycsial Problems of Electrical Engin E Ering". Bucharest, Romania, 10-12 September, 2015;
8. Ilkin Marufov, Najiba Piriyeva, Nijat Mammadov, Shukufa Ismayilova, "Calculation of induction levitation vertical axis wind generator-turbine system parameters, levitation and influence loop", Przeglad Elektrotechniczny journal, № 2, pp.135-139, 2024;
9. N.M. Piriyeva. "Mathematical analysis of levitator optimization problems". Technical sciences technologies in education in schools and universities pp. 335;
10. N.M.Piriyeva, G.S. Karimzade "Methods for increasing electromagnetic efficiency in induction levitator". PRZEGLAD Elektrotechniczny Publishing house of magazines and technical literature Warszawa. №10, pp s.192-196;
11. Y.R. Abdullayev, N.M. Piriyeva, O.O. Kerimzade, "Methods of reduction of the stepped induction levitators active power losses". 9th International Conference on "Texnical and Phycsial Problems of Electrical Engin E Ering", Istanbul, Turkey, 9-11 September, 2013;
12. I.M. Marufov, N.S. Mammadov, K.M. Mukhtarova, N.A. Ganiyeva, G.A. Aliyeva, "Calculation of main parameters of induction levitation device used in vertical axis wind generators", March 2023, Issue 54, Volume 15, Number 1, Pages 184-189;
13. Пириева Н.М. «Основы теории и расчет индукционного левитатора электротехнических устройств». Журнал Электричество, №7 стр 68-75 Москва 2022;
14. Пириева Н.М. Аллахвердиева А.Т. Характеристики магнитной цепи индукционного левитатора Международный научный журнал «Вестник науки» № 7 Том 5 (64) 2023 г С 309318;
15. Ilkin Marufov, Aynura Allahverdiyeva, Nijat Mammadov, "Study of application characteristics of cylindrical structure induction levitator in general and vertical axis wind turbines", Przeglad Elektrotechniczny journal, R. 99 NR10/23;
16. Najiba PIRIYEVA, Gulschen KERIMZADE. "Electromagnetic efficiency in induction levitators and ways to improve it" Przeglad Elektrotechniczny. R.99 NR 06/2023, Poland, pp.204207;
17. Y.R.Abdullayev, G.S.Kerimzade, G.V.Mammadova, N.M.Piriyeva "Design issues of electromechanical converters with levitation elements", Elektromekhanika Scientific and Technical Journal, Vol. 61, No. 2. pp. 47-52, Moscow, Russia, 2018;
18. Абдуллаев Я.Р., Керимзаде Г.С., Мамедова Г.В., Пириева Н.М. Проектирование электрических аппаратов с индукционными левитационными элементами. Электротехника № 5 Москва 2015 с.16-22;
19. Пириева Н.М. Определение безразмерных величин левитатора. Журнал Научно-издательский центр Вестник науки, №1-3(15) Январь 2022, г.Уфа, стр.77-89;
20. Mammadov N.S., Ganiyeva N.A., Aliyeva G.A. "Role of Renewable Energy Sources in the World". Journal of Renewable Energy, Electrical, and Computer Engin E Ering. September, 2022. DOI: 10.29103/8779 pp. 63-67;
21. N.S. Mammadov, "Methods for improving the energy efficiency of wind turbines at low wind sp E Eds", Vestnik nauki, 2023;
22. N.S. Mammadov, G.A. Aliyeva, "Energy efficiency improving of a wind electric installation using a thyristor switching system for the stator winding of a two-sp E Ed asynchronous generator", IJTPE, Issue 55, Volume 55, Number 2, pp. 285-290;
23. I.N. Rahimli, S.V. Rzayeva, E.E. Umudov, "Direction OF alternative energy", Vestnik nauki, Issue 2, Vol. 61, №4, April 2023;
24. N.M.Piriyeva, G.S. Kerimzade. Mathematical model for the calculation of electrical devices based on induction levitators. IJ TPE Journal, ISSUE 55. Volume 15. Number 2, (Serial № 00551502- 0623), june 2023. pp.274-280;
25. N.M. Piriyeva "Methodology for designing an induction levitator". "Electromechanics". Scientific and Technical Journal, Vol. 65, No. 2. pp. 69-75, Moscow 2022;
26. Pirieva N.M. To the calculation of electromechanical converters with levitation elements. Problems of Azerbaijan Energy No.3, Baku, 2020, pp. 21-30;
27. Пириева Н.М., Ахмадли А.Н. Сравнения электрических генераторов применяемые в ветроэлектрических установках. Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ. № 1 (70) Том 3. 2024 с.975-986
Guliyev A.P.
Azerbaijan State University of Petroleum and Industry (Baku, Azerbaijan)
DEVELOPMENT OF LEVITATION SYSTEM FOR VERTICAL AXIS MAGNETIC LEVITATION WIND TURBINES
Abstract: currently, wind energy is developing faster than other areas. The creation of wind power plants with high efficiency is an urgent problem. Currently, there are thousands of wind turbines of various purposes and designs in many countries. Small and medium-sized wind turbines provide electricity to small farms, island settlements and TV towers, highways, agro-industrial complexes and other local facilities.
Keywords: wind power, magnetic levitation, magnetic system, induction levitation.
