СТАБІЛІЗАЦІЯ ОБЕРТАННЯ РОТОРА ДАР’Є ЗМІННОГО МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ, КЕРОВАНОГО ВАРІАЦІЯМИ ДОВЖИНИ ТРАВЕРС
Ключові слова:
вітроенергетичні установки, ротор Дар'є, стабілізація обертання, змінний момент інерції, стійкість, працездатність, математичне моделювання.Анотація
В сучасному світі вітроенергетичні установки (ВЕУ) вертикально-осьового типу набули широкого розповсюдження. Традиційно для забезпечення оптимального режиму роботи ВЕУ в якості виконавчих органів систем керування використовуються генератори різного типу, які регулюють обертання ротора шляхом розсіяння енергії при збільшенні швидкості вітру або його розгоном при її зменшенні. Як правило, ротори таких систем мають незмінну конфігурацію, що забезпечує простоту конструкції і розв’язку задач керування в різноманітних експлуатаційних режимах. Такий підхід призводить до перевантаження трансмісії, викликає пружні коливання її швидкохідного та тихохідного валів та ускладнення алгоритмів керування. В якості одного із можливих шляхів усунення цих проблем все більш широко застосовуються методи регулювання, пов’язані зі змінами аеродинамічних властивостей ротора. Це надає системі відповідної адаптації до умов роботи, а саме до змін швидкості вітру. Зміни аеродинаміки ротору можуть бути здійснені двома шляхами: зміною кута установки лопатей або зміною конфігурації ротора – зміною довжини лопатей та траверс. Зміна довжини лопатей не призводить до ускладнень моделі динаміки ротора як об’єкта керування. Для забезпечення стабілізації обертання ротора в цьому випадку використовуються пропорційно-інтегральні (ПІ) або пропорційно-інтегрально-диференціальні (ПІД) регулятори, умови стійкої роботи яких розглянуті в попередніх роботах авторів. Доведена динамічна подібність моделей ротора як об’єкта управління, керованого змінами довжини лопатей і керованого змінами довжини траверс, за умови малих відхилень довжини траверс від номінального значення. Розвинуті підхід та методика забезпечення малих відхилень довжини траверс шляхом перерозподілу навантажень між каналами стабілізації при їх сумісній роботі. Обмеженість малістю відхилень довжини траверс від номінальних значень не дозволяє використовувати потенційні можливості ротора як системи, що перетворює енергію вітру в механічну, а далі, в електричну енергію. Більш повне застосування можливостей системи потребує розширення можливості його роботи при значних відхиленнях довжини траверс від номінальних значень. Труднощі, які виникають при цьому, пов’язані із ускладненням моделі динаміки ротору як об’єкта управління, обумовленим значними змінами в часі його моменту інерції. Метою статті є розробка моделі динаміки ротора Дар’є, як об’єкта управління, придатної для роботи із значними відхиленнями довжини траверс від номінальних значень і пов’язаних з ними змін моменту інерції ротора; синтез та аналіз ефективності алгоритмів стабілізації обертання ротора Дар’є вертикально-осьових ВЕУ працездатних в зазначених умовах. Методами вирішення задачі є методи класичної теорії автоматичного управління і математичного моделювання. Новизна отриманих результатів полягає в розповсюджені концепції регулювання шляхом зміни площі, що омітається, на вертикально-осьові ВЕУ із ротором Дар’є, що керуються значними змінами довжини траверс, і як наслідок змінами моменту інерції ротора; синтезі ефективних стійких алгоритмів стабілізації швидкості обертів ротора вертикально-осьових ВЕУ із ротором Дар’є. Запропоновані алгоритми та методи можуть бути використані при проєктуванні перспективних вертикально-осьових ВЕУ різної потужності.
ПОСИЛАННЯ
1. Дзензерский В. А., Тарасов С. В., Костюков И. Ю. Ветроустановки малой мощности. К.: Наук. думка, 2011. 592 с.
2. Суббота А. М., Джулгаков В. Г. Повышение эффективности ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения. Радіоелектронні і комп’ютерні системи. 2018. № 1(85). С. 77–86.
3. Тарасов С. В., Редчиць Д. О., Тарасов А. С., Дорош О. В. Модель динаміки ротора Дар’є змінної конфігурації. Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні» (ІТММ-2023), 22 березня 2023 р. Зб. наук. праць. Дніпро: Український державний університет науки і технологій. 2023. С. 208–211. https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2023.01.057
4. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Алгоритми стабілізації швидкості обертів ротора Дар’є вітроенергетичної установки, керованого змінами довжини лопатей. Технічна механіка. 2023. № 4. С. 50–59. https://doi.org/10.15407/itm2023.04.050
5. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Модель динаміки ротора Дар’є, керованого змінами довжини траверс. Матеріали 15-ї Міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування» (СЕУТТОО-2024) 13–15 березня 2024 р. Зб. наук. праць. Херсон: Херсонська державна морська академія. 2024. С. 224–226.
6. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Стабілізація обертання ротора Дар'є сумісними змінами довжини лопатей і траверс. Технічна механіка. 2024. № 2. С. 92–105. https://doi.org/10.15407/itm2024.02.092
7. Kartašovas V., Barzdaitis V., Mažeika P. Modeling and simulation of variable inertia rotor. Journal of Vibroengineering. 2012. V. 14. Iss. 1. Pp. 67-72.
8. Cveticanin L., Dregelyi A., Horvath R., Zukovic M. Dynamics of mass variable rotor and its application in modeling tuning operation. Acta Mechanica. February 2021. Vol. 232. Р. 1605–1620. https://doi.org/10.1007/s00707-020-02918-x
9. Tiago Andre dos Santos Marques. Control and Operation of a Vertical Axis Wind Turbine. Dissertacao. 2014. 83с. https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/844820067124338/dissertacao.pdf (дата звернення 17.06.2023).
10. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 640 с.
11. Штанько П. К., Шевченко В.Г., Омельченко О. С., Дзюба Л. Ф., Пасіка В. Р., Поляков О. М. Теоретична механіка; за ред. П.К. Штанька. Запоріжжя: НУ «Запорізька політехніка», 2021. 464 с.
12. Розенвассер Е. Н., Юсупов Р. М. Чувствительность систем управления. М.: Наука, ГФМЛ, 1981. 464 с.
13. Бесекерский В.А., Попов Е.Н. Теория систем автоматического управления. СПб.: Изд-во «Професия», 2003. 752 с. (Серия: Специалист).
14. Д’Анжело Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез // Henry D’Angelo. Linear time-varying systems: Analysis and synthesis. – Под ред. Н.Т. Кузовкова. – М. Машиностроение, 1974. – 288 с.
