Разработка компьютерной модели дугостаторного индукторного генератора для исследования электромагнитных процессов в стационарном и временном диапазонах

Abstract

Актуальность. Строительство теплоэлектростанций, которые являются экологически опасными, с каждым годом все больше отходит на второй план, уступая место станциям, которые работают на основе возобновляемых источников энергии, по своей сути являющихся бесконечными природными ресурсами. Среди таких объектов самым высоким коэффициентом полезного действия обладают гидроэлектростанции, однако их строительство на равнинных реках в ряде регионов России оказывается затруднительным и опасным для экологии. Предлагается использовать в качестве источников электрической энергии свободнопоточные бесплотинные микроГЭС на основе дугостаторных индукторных генераторов. Особенности конструкции генератора вызывают необходимость исследования электромагнитного поля, качества генерируемой электрической энергии и проверки его на соответствие отечественным стандартам. Для унификации процесса исследования необходимо создать единую методику для генераторов разной мощности. Цель. Разработка компьютерной модели для исследования электромагнитного поля и качества выходных электрических параметров дугостаторного индукторного генератора. Методы. На основе предварительных электромагнитных расчетов нескольких электрических машин разной мощности производится 3D-моделирование, базирующееся на методе конечных элементов, учитывающее геометрические особенности, и выносятся рекомендации по проектированию генераторов для микроГЭС. Результаты и выводы. Разработана компьютерная модель дугостаторного индукторного генератора для исследования электромагнитных процессов в стационарном и временном диапазонах, которая учитывает геометрические особенности конструкции электрической машины. Проведено исследование качества выходных электрических параметров, и разработаны рекомендации по улучшению формы кривой ЭДС обмотки якоря генератора

Relevance. The construction of thermal power plants, which are environmentally hazardous, is increasingly fading into the background every year, giving way to plants that operate on renewable energy sources, which are essentially endless natural resources. Among such facilities, hydroelectric power plants have the highest efficiency, but their construction on flat rivers in a number of regions of Russia is difficult and dangerous for the environment. It is proposed to use free-flow damless micro hydroelectric power plants based on arc-stator inductor generators as sources of electrical energy. The design features of the generator necessitate the study of the electromagnetic field and the resulting quality of electrical energy and checking it for compliance with domestic standards. To unify the research, it is necessary to create a single methodology for generators of different capacities. Aim. Development of a computer model for studying the electromagnetic field and the quality of the output electrical parameters of an arc-stator inductor generator. Methods. Based on preliminary electromagnetic calculations of several electric machines of different power, 3D modeling is performed based on the finite element method, taking into account geometric features, and recommendations are made on the design of generators for micro hydroelectric power plants. Results and conclusions. The authors have developed a computer model of an arc-stator inductor generator to study electromagnetic processes in the stationary and time ranges, which takes into account the geometric features of the design of the electric machine. The authors studied the quality of the output electrical parameters and developed the recommendations to improve the shape of the EMF curve of the generator anchor winding