Optimization of the design of an electromagnetic slip clutch for a wind power plant

• Autorzy: Aliyev Nadir , Ahmedov Elbrus , Khanahmedova Samira

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.08.50

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja konstrukcji sprzęgła poślizgowego elektromagnetycznego dla elektrowni wiatrowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present article addresses issues and resolutions pertinent to the utilization of electromagnetic slip clutches (ESC) in the context of wind energy applications. Wind generators, recognized for their environmental sustainability and renewable energy contributions, are widely employed for electricity generation. Nonetheless, the inherent variability in wind speed poses a persistent challenge, resulting in dynamic torque fluctuations on the wind generator shaft. To mitigate the impact of fluctuating wind speeds and regulate excess power on the rotor, electromagnetic slip clutches featuring a substantial armature are frequently employed. Conventional designs of electromagnetic slip clutches, as well as established research methodologies, encounter challenges, particularly when striving to optimize these clutches with respect to technical and economic criteria. In this article, a novel approach to optimal design is proposed, grounded in a mathematical technique known as fractional factorial experimental design. Furthermore, the utilization of a regression equation is recommended to enhance the precision of describing dependencies between various ESC parameters. An algorithm and program in Workspace/MATLAB have been developed to solve systems of regressive equations.This approach holds the potential to significantly enhance the optimization process of electromagnetic clutch design by accommodating diverse technical and economic constraints.

PL

W artykule omówiono zagadnienia i rozwiązania związane z wykorzystaniem elektromagnetycznych sprzęgieł ślizgowych (ESC) w kontekście zastosowań energetyki wiatrowej. Generatory wiatrowe, znane ze swojego zrównoważonego rozwoju dla środowiska i wkładu w energię odnawialną, są szeroko stosowane do wytwarzania energii elektrycznej. Niemniej jednak nieodłączna zmienność prędkości wiatru stanowi ciągłe wyzwanie, powodując dynamiczne wahania momentu obrotowego na wale generatora wiatrowego. Aby złagodzić wpływ zmiennych prędkości wiatru i wyregulować nadmiar mocy na wirniku, często stosuje się elektromagnetyczne sprzęgła poślizgowe o solidnym tworniku. Konwencjonalne konstrukcje elektromagnetycznych sprzęgieł poślizgowych, a także ustalone metodologie badawcze napotykają wyzwania, szczególnie przy dążeniu do optymalizacji tych sprzęgieł pod względem technicznym i ekonomicznym. W artykule zaproponowano nowatorskie podejście do projektowania optymalnego, oparte na technice matematycznej znanej jako frakcyjny plan eksperymentalny. Ponadto zaleca się stosowanie równania regresji w celu zwiększenia precyzji opisu zależności pomiędzy różnymi parametrami ESC. Opracowano algorytm i program w programie Workspace/MATLAB do rozwiązywania układów równań regresywnych. Podejście to może znacznie usprawnić proces optymalizacji projektowania sprzęgła elektromagnetycznego poprzez uwzględnienie różnorodnych ograniczeń technicznych i ekonomicznych.

Słowa kluczowe

EN

wind electric installation; electromagnetic slip clutch; electromagnetic torque; factorial experimental planning; optimization

PL

instalacja wiatrowo-elektryczna; elektromagnetyczne sprzęgło poślizgowe; moment elektromagnetyczny; czynnikowe planowanie eksperymentów; optymalizacja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 8
• Strony: 246--250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Aliyev Nadir

• Azerbaijan State Oil and Industry University

• https://orcid.org/0009-0001-3165-1493

autor

Ahmedov Elbrus

• Azerbaijan State Oil and Industry University

• https://orcid.org/0000-0003-3348-7946

autor

Khanahmedova Samira

• Azerbaijan State Oil and Industry University

• https://orcid.org/0000-0001-8862-1570

Bibliografia

• [1].Dolf Gielen, Francisco Boshell, Deger Saygin, Morgan D. Bazilian, Nicholas Wagner, Ricardo Gorini. The role of renewable energy in the global energy transformation. Energy Strategy Reviews Volume 24, April 2019, Pages 38-50, https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.01.006.
• [2].European Commission. Renewable Energy. Moving towards a Low Carbon Economy. European Commission: Brussels. https://ec.europa.eu/energy/en/topics/renewableenergy.
• [3].Global Energy Transformation. A Roadmap to 2050, IRENA, Abu Dhabi (2018), Google Scholar.
• [4] Krzysztof Patan, Maciej Patan and Kamil Klimkowicz . Sensor Fault-Tolerant Control Design for Magnetic Brake System. Sensors 2020, 20, 4598; doi:10.3390/s20164598
• [5] Jee, I.H., Nahm, S.Y., Kang, S.J. A Magnetic Brake for Small Wind Turbines. Journal of Magnetics. Volume 17., Issue 1 / Pages.33-35 / 2012/. https://doi.org/10.4283/JMAG.2012.17.1.033.
• [6] Nadir Aliyev, Elbrus Ahmedov, Samira Khanahmadova, Sona Rzayeva. Synthesis of the Exact Parameters of the Electromagnetic Brake of a Wind Electric Installation. PRZEGLAD Elektrotechniczny Publishing house of magazines and technical literature SIGМА-NOT. ISSN 0033-2097,R.99 NR e –ISSN 2449 - 9544. 10 / 2023.pp120-125. doi:10.15199/48.2023.10.123.
• [7] N.A. Aliyev, E.N. Ahmedov, S.A. Khanahmadova. Improving efficiency of wind turbines with electromagnetic brakes. International Journal on “Technical and Physical Problems of Engineering” IJTPE - Issue 55, Volume 15, Number 2, June 2023 (Serial No: 0055-1502-0623), pp.37-43.
• [8]. N. Fernando, "A field modulated electromagnetic clutch with slip control," 2016 IEEE 2nd Annual Southern Power Electronics Conference (SPEC), Auckland, New Zealand, 2016, pp. 1-6, doi: 10.1109/SPEC.2016.7846214.
• [9]. G. Wei and Z. Chengning, “Design of a high torque density single-discelectromagnetic clutch,” in Electrical Machines and Systems (ICEMS),2010 International Conference on, Oct 2010, pp. 1666–1669.
• [10]. Aliyev Nadir. 201 Some issues of modernization of awind electric installation using an electromagnetic slip clutch.The 5th International scientific and practical conference “Scientific projects on improving the environment” (October17–20,2023) Brussels, Belgium. International Science Group. 2023.281p. ISBN–979-8-89145-191-9. DOI–10.46299/ISG.2023.2.5.
• [11]. Waide, P.; Brunner, C.U. Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems; International Energy Agency Working Paper, Energy Efficiency Series; International Energy Agency: Paris, France, 2011.
• [12] Lei, G.; Zhu, J.G.; Guo, Y.G. Multidisciplinary Design Optimization Methods for Electrical Machines and Drive Systems; Springer-Verlag: Berlin/Heidelberg, Germany, 2016; ISBN 978-3-662-49269-7.
• [13] Fedorov, V.V.; Leonov, S.L. Optimal Design for Nonlinear Response Models; Chapman and Hall/CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2014. [Google Scholar]
• [14] Boer, E.P.J.; Hendrix, E.M.T. Global optimization problems in optimal design of experiments in regression models. J. Glob. Optim. 2000, 18, 385–398. [Google Scholar] [CrossRef].
• [15] Elita Balatkhanova, Irina Erofeeva, and Victor Afonin. Regression assessment of the model based on the experimental planning matrix in composite materials’ analysis problems. E3S Web of Conferences 281, 03015 (2021) https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128103015 .
• [16] C. F. Jeff Wu, Michael Hamada. Basic Concepts for Experimental Design and Introductory Regression Analysis. Book Series:Wiley Series in Probability and Statistics. 09 January 2021 https://doi.org/10.1002/9781119470007.ch1.
• [17] Bouchekara H. R. E. H., Simsim M., Anwari M. Optimization of Induction Motors Using Design of Experiments and Particle Swarm Optimization. – InTech, 2012. doi: 10.5772/38665.
• [18] Stennikov V.A., Dobrovolskaya T.V. Methods Of Regressive Analysis In Researching Thermal-Consumption In Russia. Vestnik of the Plekhanov Russian University of Economics. 2018;(2):142-153. (In Russ.): doi.org/10.21686/2413-2829-2018-2-142-153
• [19 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”. International Journal on technical and Physical Problems of Engineering” (IJTPE). March 2023. Issue 54 Volume 15 Number 1. pp. 184-189.
• [20] Nijat Mammadov, Sona Rzayeva, Nigar Ganiyeva, “Analisys of synchronized asynchronous generator for a wind electric installation”, Przeglad Elektrotechniczny journal, Vol. 2, № 5, pp.37-40, Poland, May 2023

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).