Analysis of multipolar generators operating efficiently in low-speed water and wind flows using ansys maxwell program

1 Introduction  

One of the best ways to overcome the energy crisis in the 

use of traditional energy sources in the world today is to 

increase the share of renewable energy sources in energy 

production.  The  use  of  renewable  energy  sources  takes 

into account their types, the potential of the region, the 

cost  of  energy  produced  and  many  other  factors. 

Hydropower  has  long  been  widely  used  to  generate 

electricity  from  renewable  energy  sources.  The  reason 

for this is that the energy flows generated by water are 

somewhat  flat  compared  to  other  types  of  energy 

sources.  For  example,  a  stream  of  water  flows  in  a 

straight  line  relative  to  a  stream  of  wind.  Another 

effective aspect of the use of hydropower is the density 

of  water  (the  density  of  water  flow  is  about  843  times 

greater than the airflow). 

One  of  the  current  problems  in  the  use  of  micro-

hydropower  in  the  country  is  the  lack  of  production  of 

generators  that  operate  efficiently  at  low  speed  water 

flows.  The  production  of  these  generators  will  play  an 

important role in increasing the share of water and wind 

energy in our region.  

A group of researchers studied wind speed data and 

an  analysis  of  the  potential  of  wind  energy  in  the 

Bukhara region [1,2].

 

The values of specific power and 

energy  at  different  heights  were  determined  by  extra-

polarization. In 2016, it was found that the average wind 

speed  at  the  intersection  of  months  was  3,404  m/s  per 

year,  and  the  wind  direction  was  mainly  north.  The 

specific power values obtained from the wind current at 

a height of 10 m using the Weibull distribution function 

are given in months. The highest specific power in June 

was 93,18  W/m2.  Average  annual  power  density  40,98 

W/m

2

.  The  annual  specific  energy  is  359,56  kWh/m

2

. 

The average wind speed was 3,404 m/W/s at 10 m, 4,4 

m/s at 50 m and 4,9 m/s at 100 m [3,4]. 

The study showed that for low-power consumers, the 

use  of  low-speed  electric  generators  could  be  effective 

when using wind power plants at a height of up to 10 m. 

In addition, most of the territory of republic is located on 

plains  and  does  not  have  large  pressure  streams. 

Therefore,  in  many  areas,  the  speed  of  water  flows  is 

low, which requires the use of reduction devices in the 

production  of  electricity  from  them.  The  use  of 

multipolar  small-sized  electrical  generators  plays  an 

important  role  in  the  efficient  use  of  low-speed  water 

and wind power. 

Due  to  the  complex  topology  and  high 

dimensionality  of  the  designs  of  various  electrical 

machines  and  power  supply  devices,  computation  of  a 

3D  transient  solution  usually  takes  a  huge  amount  of 

time to reach a steady state, especially for devices with a 

large  electromagnetic  time  constant.  Version  15.0 

introduces a new algorithm that reduces simulation time 

by at least five times. This option is available in transient 

solvers  using  an  external  circuit  connection.  The  new 

AC_Model  element  modifies  the  currents  in  the 

windings  before  the  start  of  each  period  without 

interrupting the calculation. ANSYS Maxwell is rapidly 

evolving;  high-performance  solvers  with  high  accuracy 

and  maximum  speed  calculate  static,  harmonic 

electromagnetic and electric fields, as well as transients 

in  field  problems.  The  user  is  provided  with  a  huge 

toolkit  and  a  modern  postprocessor  for  calculating  and 

optimizing  electromechanical  devices  based  on  the 

analysis  of  a  virtual  model.  ANSYS  Maxwell  makes  it 

easy to work with electromechanical tasks [5, 6]. 

E3S Web of Conferences 288, 01057 (2021) https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128801057

SUSE-2021

© The Authors, published by EDP Sciences. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 

 

License 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

---