Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС

Приведены расчетные и экспериментальные данные электрогенераторов с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС.

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Гідроенергетика України
Date:	2011
Main Author:	Гребеников, В.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електродинаміки НАН України 2011
Subjects:	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57923
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС / В.В. Гребеников // Гідроенергетика України. — 2011. — № 1. — С. 43-48. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57923
record_format	dspace
spelling	Гребеников, В.В. 2014-03-16T08:46:39Z 2014-03-16T08:46:39Z 2011 Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС / В.В. Гребеников // Гідроенергетика України. — 2011. — № 1. — С. 43-48. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1812-9277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57923 621.313.17 Приведены расчетные и экспериментальные данные электрогенераторов с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС. ru Інститут електродинаміки НАН України Гідроенергетика України Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС
spellingShingle	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС Гребеников, В.В. Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
title_short	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС
title_full	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС
title_fullStr	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС
title_full_unstemmed	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС
title_sort	электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-гэс
author	Гребеников, В.В.
author_facet	Гребеников, В.В.
topic	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
topic_facet	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
publishDate	2011
language	Russian
container_title	Гідроенергетика України
publisher	Інститут електродинаміки НАН України
format	Article
description	Приведены расчетные и экспериментальные данные электрогенераторов с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС.
issn	1812-9277
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57923
citation_txt	Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС / В.В. Гребеников // Гідроенергетика України. — 2011. — № 1. — С. 43-48. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT grebenikovvv élektrogeneratoryspostoânnymimagnitamidlâvetroustanovokimikrogés
first_indexed	2025-11-25T13:55:58Z
last_indexed	2025-11-25T13:55:58Z
_version_	1850513744571924480
fulltext	Гідроенергетика України, 1/2011, ISSN 1812�9277 4343 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І ПП о треб ле ние энер гии уве ли чи ва ет ся, а вме с те с тем уве ли чи ва ет ся и ее сто и - мость , по это му не тра ди ци он ной энер - ге ти ке по след нее вре мя уде ля ет ся при сталь ное вни ма ние во всем ми ре. В свя зи с этим по сто ян но рас тет за ин те ре со ван ность в ис поль зо ва нии во - зоб нов ля е мых ис точ ни ков энер гии — ве т ра, солн - ца, мор ско го при ли ва и реч ной во ды. Од ним из пер спек тив ных на прав ле ний раз ви тия во зоб нов - ля е мой энер ге ти ки для энер го снаб же ния фер мер - ских хо зяйств и за го род ных до мов яв ля ет ся ве т - ро э нер ге ти ка и ма лая ги д ро энер ге ти ка. На при - мер, для не боль шо го за го род но го до ма до ста точ - но мощ но с ти око ло 150—200 Вт для по кры тия ба - зо вых по треб но с тей в эле к т ро энер гии (связь, ра - дио, ос ве ще ние, дру гая ма ло мощ ная на груз ка) и от 1 до 5 кВт для эле к т ро снаб же ния боль шин ст ва эле к т ро при бо ров в ти повом за го род ном до ме, вклю чая сти раль ную ма ши ну, хо ло диль ник, ком - пью те р и т. п. Ис поль зо ва ние энер гии не боль ших во до то ков с по мо щью ми к ро<ГЭС (мощ но с тью до 5 кВт) яв - ля ет ся од ним из на и бо лее эф фек тив ных на прав ле - ний раз ви тия во зоб нов ля е мых ис точ ни ков энер - гии в на шей стра не. Со вре мен ные ги д ро энер ге ти - че с кие ус та нов ки для ми к ро<ГЭС из го тав ли ва ют - ся как в Рос сии, так и в Ук ра и не, в ча ст но с ти, харь - ков ским пред при я ти ем "Тур бо атом" [1, 2]. "Ма лая" ве т ро э нер ге ти ка так же ус пеш но раз - ви ва ет ся в Ук ра и не. На се го дняш ний день на и бо - лее рас про ст ра не ны ве т ро э нер ге ти че с кие ус та - нов ки (ВЭУ) с го ри зон таль ной осью вра ще ния. При ме не ние та ких ве т ро ус та но вок в ка че ст ве ма - лых ВЭУ для снаб же ния эле к т ро энер ги ей от - дель ных уса деб или хо зяйств за труд не но тем, что тре бу ет ся ус та нав ли вать баш ню до ста точ ной вы - со ты и вы де лять под ВЭУ не ма лый уча с ток тер ри - то рии, и сто и мость та кой баш ни со из ме ри ма со сто и мо с тью ве то ус та нов ки. Кро ме то го, про пел ле - ры та ких ВЭУ весь ма шум ны (осо бен но в низ ких ча с то тах зву ка) и со зда ют для ок ру жа ю щих су ще - ст вен ный дис ком форт. ВЭУ не боль шой мощ но с - ти с вер ти каль ной осью вра ще ния (ВОВ) ве т ро ро - то ра (ти па ро то ра Да рье) весь ма ком пакт ны, ма - ло шум ные и мо гут быть раз ме ще ны на кры шах зда ний. Мож но пе ре чис лить до пол ни тель но пре - иму ще ст ва та ких ВЭУ: не за ви си мость функ ци о - ни ро ва ния от на прав ле ния ве т ро во го по то ка, воз - мож ность пе ре хо да от кон - соль но го креп ле ния оси ве т ро ро то ра к дву хо пор - но му, воз мож ность раз ме ще ния эле к т ро ге не ра то - ра в ос но ва нии ве т ро ус та нов ки (сни жа ют ся тре - бо ва ния к вы со те, проч но с ти и же ст ко с ти опо ры). В Ук ра и не, на при мер, ЧП "От ра да" (г. Ни ко - поль) пред ла га ет ВЭУ с ВОВ мощ но с тью от 0,5 до 32 кВт [3]. Фир ма "Ве ра но"(г. Ови ди о по ль, Одес ской обл., До чер нее пред при я тие фир мы Кал верт Ен тер прай сиз, США) пред ла га ет ВЭУ с ВОВ мощ но с тью от 1 до 25 кВт [4]. Пер спек тив - ная раз ра бот ка ВЭУ с ВОВ вы пол не на в Ин сти - ту те ги д ро ме ха ни ки НАН Ук ра и ны. В кон ст рук - ции этой ВЭУ при ме нен ме ха низм уп рав ле ния по ло же ни я ми ло па с тей. Это поз во ля ет ус та но - вить ло па с ти от но си тель но тра верс так, что ве ли - чи на и на прав ле ние дей ст вия аэ ро ди на ми че с кой си лы на ло па с тях да ют воз мож ность осу ще ст вить са мо за пуск ве т ро ро то ра да же при ско ро стях ве т - ра 4—5 м/сек. При оп ти маль ном за ко не уп рав ле - ния ло па с тя ми на та ком ве т ро ро то ре бы ло по лу - че но в 2 ра за боль ше энер гии, чем на ана ло гич ном ему по раз ме рам ро то ре с пря мы ми же ст ко фик - си ро ван ны ми ло па с тя ми. Кро ме то го, на при мер, при ско ро сти ве т ра 13 м/сек на ва лу это го ве т ро - ро то ра бы ла по лу че на мощ ность око ло 0,95 кВт, т.е. с 1 м2 бы ло по лу че но 300 Вт мощ но с ти. У по - дав ля ю ще го боль шин ст ва из ве ст ных на се го - дняш ний день ве т ро э нер ге ти че с ких ус та но вок с го ри зон таль ной осью вра ще ния ма лой мощ но с ти (1 ÷ 5 кВт) этот по ка за тель мень ше [5]. В на сто я щее вре мя на блю да ет ся тен ден ция по вы ше ния тех ни че с ких по ка за те лей эле к т ро ге - не ра то ров, ис поль зу е мых для ВЭУ, за счет ис - поль зо ва ния по сто ян ных маг ни тов (ПМ) на ос - но ве ред ко зе мель ных маг ни тов NdFeB, ко то рые име ют ра бо чие тем пе ра ту ры до 150 гра ду сов и ос - та точ ную маг нит ную ин дук цию Br = 1,2 ÷ 1,45 Тл. По сколь ку ча с то та вра ще ния ве т ро ро то ра у ВЭУ с ВОВ со став ля ет 100 ÷150 об/мин, то при ме ня ют - ся ти хо ход ные мно го по люс ные эле к т ро ге не ра то - ры на по сто ян ных маг ни тах, ко то рые со еди ня ют ся с ве т ро ко ле сом не по сред ст вен но (без ре дук то ра), что су ще ст вен но уп ро ща ет кон ст рук цию и обес пе - чи ва ет дли тель ный срок экс плу а та ции ВЭУ. У ми - к ро<ГЭС ча с то та вра ще ния ва ла тур би ны на по ря - док вы ше и со став ля ет 1000 ÷ 1500 об/мин, од на ко, ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК И МИКРО�ГЭС ГРЕБЕНИКОВ В.В., канд. техн. наук, Институт электродинамики НАН Украины, г. Киев УДК 621.313.17 Приведены расчетные и экспериментальные данные электрогенераторов с постоянными магнитами для ветроустановок и микро�ГЭС. Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 1/2011, ISSN 1812�92774444 по на ше му мне нию, для ми к ро<ГЭС так же пер - спек тив ным яв ля ет ся ис поль зо ва ние эле к т ро ге не - ра то ров с по сто ян ны ми маг ни та ми. Эле к т ро ге не - ра то ры с ПМ об ла да ют ря дом пре иму ществ: < воз мож ность по лу че ния вы со ких зна че ний про доль ной ком по нен ты маг нит ной ин дук ции в об ла с ти эле к т ро ме ха ни че с ко го пре об ра зо ва ния энер гии (в ра бо чем за зо ре); < бес кон такт ность и от сут ст вие уз лов, тре бу - ю щих тру до ем ко го об слу жи ва ния. От сут ст вие сколь зя щих эле к т ри че с ких кон так тов су ще ст вен - но по вы ша ет их ре сурс и на деж ность по срав не - нию с эле к т ри че с ки ми ге не ра то ра ми по сто ян но го то ка или син хрон ны ми ге не ра то ра ми с яв но вы - ра жен ной об мот кой на ро то ре; < вы со кий КПД пре об ра зо ва ния ме ха ни че с - кой энер гии в эле к т ри че с кую; < вы со кие удель ные по ка за те ли по раз ви ва е - мой мощ но с ти на еди ни цу ак тив ной мас сы и на еди ни цу ак тив но го объ ё ма; < боль шая пе ре гру зоч ная спо соб ность по мо - мен ту (крат ко вре мен но крат ность мак си маль но - го мо мен та рав на 5 и бо лее). Ис хо дя из вы ше ука зан но го, мож но сде лать вы вод о це ле со об раз но с ти при ме не ния эле к т ро - ге не ра то ров с по сто ян ны ми маг ни та ми. Вме с те с тем, сле ду ет от ме тить, что мас со га ба рит ные ха - рак те ри с ти ки ге не ра то ров су ще ст вен ным об ра - зом за ви сят от его кон ст рук ции. Не пра виль но спро ек ти ро ван ный ге не ра тор мо жет иметь су ще - ст вен ный вес и га ба ри ты, да же несмо т ря на при - ме не ние со вре мен ных по сто ян ных маг ни тов. Цель дан ной ра бо ты — чис лен ное мо де ли ро - ва ние в про грамм ном ком - плек се ELCUT 5.6 маг нит но - го по ля и оп ре де ле ние тор - моз но го эле к т ро маг нит но го мо мен та M, дей ст ву ю ще го при на груз ке на ро тор эле к т - ро ге не ра то ра. В ра бо те ис - сле ду ют ся три мо де ли эле к т - ро ге не ра то ров раз ной мощ - но с ти, так же для од ной из мо де лей при во дят ся ре зуль - та ты экс пе ри мен таль ных ис - сле до ва ний. На Рис. 1 при ве де ны три мо де ли эле к т ро ге не раторов с ПМ. При этом в мо де ли ЭГ<1 (Рис. 1, а) ста тор по раз - ме рам иден ти чен со ста то ром асин хрон но го дви га те ля АИР90L8 име ю щим внеш - ний ди а метр ста то ра Dc =158 мм с чис лом па зов, рав ным Z1 = 48, вы со та па зов — hп = 14,2 мм. Ро тор в мо де ли ЭГ<1 вы - пол нен в ви де 8<ми по люс - ной маг нит ной си с тем с тан - ген ци аль но рас по ло жен ны - ми вы со ко энер ге ти че с ки ми по сто ян ны ми маг ни та ми, на - маг ни чен ны ми в на прав ле - нии, пер пен ди ку ляр ном к пло с ко стям по сто ян ных маг - ни тов. Ве ли чи на тех но ло ги - че с ко го за зо ра меж ду рас точ - кой ста то ра, вы пол нен но го из ших то ван ной ста ли Ст2110 и ро то ра рав на δ0 = 1 мм. В ро то ре маг ни ты рас по -Рис. 1. Основные размеры электрогенераторов с постоянными магнитами: а — электрогенератор ЭГ31; б — электрогенератор ЭГ32; в — электрогенератор ЭГ33 Гідроенергетика України, 1/2011, ISSN 1812�9277 4545 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І ла га ют ся по ра ди у су и при мы ка ют тор ца ми к фер ро маг нит ным встав кам, со дер жа щим уча ст ки из кон ст рук ци он ной ста ли Ст20 и об ра зу ю щи ми струк ту ру пе ре мен но<по люс ной на маг ни чен но с - ти. Та кая кон ст рук ция осо бен но ра ци о наль на при ис поль зо ва нии вы со ко ко эр ци тив ных маг ни тов на ос но ве ред ко зе мель ных ма те ри а лов ти па NdFeB, ко то рые мо гут быть сла бо чув ст ви тель ны к ве ли чи не не маг нит но го за зо ра в маг нит ной це - пи. Важ ной осо бен но с тью кон ст рук ции с тан ген - ци аль ным на маг ни чи ва ни ем яв ля ет ся воз мож - ность по лу че ния ин дук ций в за зо ре Bδ, ино гда да - же пре вы ша ю щих ос та точ ную маг нит ную ин дук - цию Br по сто ян ных маг ни тов. Это свя за но с тем, что бла го да ря не пре рыв но с ти ли ний маг нит но го по ля по ток, вхо дя щий в сек тор че рез бо ко вые тор цы двух смеж ных маг ни - тов при бли зи тель но ра вен по то ку, вы хо дя ще му из сек - то ра че рез его гра ни цу, пло - щадь ко то рой мо жет быть су - ще ст вен но мень ше уд во ен ной пло ща ди бо ко во го тор ца маг - ни та. Для умень ше ния пуль - са ций эле к т ро маг нит но го мо - мен та кон цен т ра то ры маг нит - но го по ля в ро то ре име ют ок - руг ле ния рав ные r =33 мм. Для умень ше ния пуль са ций эле к т - ро маг нит но го мо мен та мож но вы пол нять скос по лю сов на ро то ре [6]. Ак си аль ная дли на ста то ра и ро то ра для мо де ли ЭГ<1 рав на la = 100 мм. На Рис. 1, б по ка за на мо - дель ЭГ<2, в ко то рой ста тор име ет внеш ний ди а метр рав - ный Dc =194 мм и со дер жит вдвое мень шее чис ло па зов, рав ное Z1 = 24, вы со та па зов — hп = 32,2 мм. Ро тор в мо де ли ЭГ<2 так же вы пол нен в ви де 8<ми по люс ной маг нит ной си с темы и име ет та кие же раз ме ры, что и в мо де ли ЭГ<1. Ак си аль ная дли на ста то ра и ро то ра для мо де ли ЭГ<2 рав - на la = 100 мм. В мо де ли ЭГ<3 (Рис. 1, в) ис сле до ва лась кон - фи гу ра ция маг нит ной си с те - мы, в ко то рой ро тор име ет та - кие же раз мер и кон фи гу ра - цию как в мо де ли ЭГ<1 и ЭГ<2, а ста тор име ет боль ший ди а - метр рав ный Dc = 220 мм, чис ло па зов ста то ра рав - но Z1 = 24, вы со та па зов — hп = 45 мм. Ак си аль ная дли на ста то ра и ро то ра для мо де ли ЭГ<3 так же рав - на la= 100 мм. Та ким об ра зом, в ра бо те ис сле ду ют ся три мо - де ли эле к т ро ге не раторов с ПМ: мо дель ЭГ<1 име - ет кон фи гу ра цию ста то ра иден тич ную асин хрон - но му дви га те лю АИР90L8, в мо де ли ЭГ<2 ро тор иден ти чен ро то ру мо де ли ЭГ<1, внеш ний ди а метр ста то ра в 1,23 ра за боль ше по срав не нию с мо де - лью ЭГ<1, а ко ли че ст во па зов вдвое мень ше, а в мо - де ли ЭГ<3 ро тор иден ти чен ро то ру мо де ли ЭГ<1 и ЭГ<2, но ста тор име ет внеш ний ди а метр в 1,39 ра - за боль ший по срав не нию с мо де лью ЭГ<1. На Рис. 2 пред став ле ны кар ти ны рас пре де ле - Рис. 2. Картины магнитного поля электрогенераторов для заданного момента времени: а — электрогенератор ЭГ31; б — электрогенератор ЭГ32; в — электрогенератор ЭГ33 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 1/2011, ISSN 1812�92774646 ния маг нит но го по ля в по пе реч ном се че нии ис - сле ду е мых мо де лей. Мо де ли ро ва ние маг ни то ста - ти ки осу ще ств ля лось в про грамм ном ком плек се ELCUT 5.6 при сле ду ю щих ис ход ных дан ных: < маг ни то про вод ста то ра — сталь СТ2211 (с уче том не ли ней но с ти кри вой на маг ни чи ва ния ста ли); < фер ро маг нит ные кон цен т ра то ры — кон ст - рук ци он ная сталь СТ20 (с уче том не ли ней но с ти кри вой на маг ни чи ва ния ста ли); < ПМ на ос но ве NdFeB — ко эр ци тив ная си - ла маг ни та Нс = 1000 кА/м, ос та точ ная ин дук - ция Br = 1,32 Тл, маг нит ная про ни ца е мость маг - ни тов при ня та рав ной — μПМ = 1,03 (на прав ле ние на маг ни чен но с ти μПМ по ка за ны стрел ка ми); < вал ро то ра вы пол нен из не маг нит но го ма те - ри а ла с маг нит ной про ни ца е мо с тью — μ0 = 1. По ле ре ак ции яко ря пред став ле но как об ра зо - ван ное то ка ми трех фаз для мо мен та вре ме ни, ког - да ток в фа зе А мак си маль ный i = Im и ус лов но по - ло жи тель ный, а в фа зах В и С i = 0,5 Im и ус лов но от ри ца тель ный (Рис. 2). Плот ность то ка за да на рав ной Jr = 5,0 А/мм2, а ко эф фи ци ент за пол не ния па за ме дью при нят рав ным kз = 0,5. По ре зуль та там мо де ли ро ва ния рас пре де - ле ния маг нит но го по ля для трех мо де лей эле - к т ро ге не ра то ров с ПМ мож но вы де лить сле - ду ю щее. Спин ка ста то ра и зуб цы для всех трех мо де лей не на сы ща ют ся, су ще ст вен ных по то - ков па зо во го рас се и ва ния не на блю да ет ся. Объ яс ня ет ся это тем, что маг ни то дви жу щая си ла ПМ су ще ст вен но пре вы ша ет маг ни то - дви жу щую си лу ста тор ных об мо ток. На Рис. 2 для всех трех мо де лей по ка за но рас пре де ле - ние маг нит но го по ля при ори ен та ции ро то ра по оси d. В этом по ло же нии по ле, со зда ва е мое ПМ в по лю сах ро то ра на прав ле но со глас но с по лем, со зда ва е мым вклю чен ны ми фа за ми ста то ра. На Рис. 3 по ка зан гра фик рас пре де ле ния нор - маль ной (ра ди аль ной) Bn маг нит ной ин дук ции по - сре ди не ра бо че го за зо ра (R = 51,5 мм). Гра фи ки ин дук ции при ве де ны для мо мен та вре ме ни, ког да ток в фа зе А мак си маль ный и ус лов но по ло жи - тель ный, а в фа зах В и С ток вдвое мень ше и ус лов - но от ри ца тель ный. Рас че ты вы пол не ны для зна че - ний плот но с ти то ка в фа зе А — JCu = 2,5 А/мм2, а в фа зах В и С со от вет ст вен но JCu = 1,25 А/мм2. С уче том то го, что ко эф фи ци ент за пол не ния па за при нят рав ным kз = 0.5, то плот но с ти то ка рав ной JCu = 2,5 А/мм2 бу дет со от вет ст во вать ре аль ная плот ность то ка в фа зе А рав ная Jr = 5,0 А/мм2, а в фа зе В и С со от вет ст вен но Jr = 2,5 А/мм2. Гра фи - ки ин дук ции при ве де ны в пре де лах од но го по - люс но го де ле ния τ. Ана ли зи руя гра фи ки ра ди аль ной ком по нен - ты маг нит ной ин дук ции, сле ду ет от ме тить, что мак си маль ная ин дук ция в воз душ ном за зо ре для мо де ли ЭГ<1 со став ля ет BmЭГ<1 = 1,14 Тл, для мо - де ли ЭГ<2 — BmЭГ<2 = 1,14 Тл, для мо де ли ЭГ< 3 — BmЭГ<3 = 0,97 Тл. В гра фи ке ин дук ции для мо де ли ЭГ<1 на блю да ет ся пять мак си му мов ин дук ции, а в мо де лях ЭГ<2 и ЭГ<3 со от вет ст вен но три мак - си му ма (по чис лу зуб цов ста то ра на по люс ном де ле нии). За ви си мость тор моз но го эле к т ро маг нит но - го, дей ст ву ю ще го при на груз ке на ро тор, от уг ла по во ро та ро то ра для ис сле ду е мых мо де лей вы - чис ля лась в ди а па зо не от оси d (по ле со от вет ст - ву ю щих по лю сов ро то ра на прав ле но со глас но с по лем, со зда ва е мым вклю чен ны ми фа за ми ста - то ра) до оси q (по ле со от вет ст ву ю щих по лю сов ро то ра на прав ле но встреч но к по лю, со зда ва е - мо му вклю чен ны ми фа за ми ста то ра). Для ис - сле ду е мых мо де лей этот ди а па зон ра вен 45°. Для удоб ст ва ана ли за за ви си мость эле к т ро маг - нит но го мо мен та от уг ла по во ро та ро то ра на Рис. 3. Распределение продольной компоненты магнитной индукции посередине рабочего зазора в моделях ЭГ31, ЭГ32, ЭГ33 в области одного полюса. Рис. 4. Зависимость электромагнитного момента при различных значениях угла поворота ротора для моделей ЭГ31, ЭГ32, ЭГ33. Гідроенергетика України, 1/2011, ISSN 1812�9277 4747 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Рис. 4 при ве де на в сред нем ди а па зо не уг ла от θ =15° до θ =30°, т. е. ве ли чи на сред не го ди а па зо на рав на τср = 15°. Сред ний эле к т ро маг нит ный мо - мент, дей ст ву ю щий при на груз ке на ро тор эле к т - ро ге не ра то ра, в пре де лах сред не го ди а па зо на оп - ре де ля ет ся вы ра же ни ем: , где х — про доль ная ко ор ди на та; τср — ве ли чи на сред не го ди а па зо на. Ана ли зи руя за ви си мость тор моз но го мо мен - та от по ло же ния ро то ра ис сле ду е мых мо де лей, сле ду ет от ме тить, что в ис сле ду е мом ди а па зо не сред ний эле к т ро маг нит ный мо мент для мо де ли ЭГ<1 ра вен МсрЭГ<1 = 21 Нм, для мо де ли ЭГ<2 — МсрЭГ<2= 56 Нм и со от вет ст вен но для мо де ли ЭГ<3 — МсрЭГ<3 = 84 Нм. Мас са маг ни тов для ис сле ду е - мых мо де лей рав на mПМ = 1,5 кг. Срав ни вая мо дель ЭГ<1 и мо дель ЭГ<2, сле ду - ет от ме тить, что уве ли че ние вы со ты па за для мо - де ли ЭГ<2 в 2,2 ра за по срав не нию с мо де лью ЭГ<1 поз во ли ло уве ли чить зна че ние сред не го мо мен та в 2,7 ра за. Т. е. при оди на ко вых раз ме рах ро то ра за счет из ме не ния кон фи гу ра ции маг нит ной си с - те мы ста то ра мож но уве ли чить эле к т ро маг нит - ный мо мент. Ес ли срав ни вать эле к т ро маг нит ный мо мент для мо де ли ЭГ<2 и мо де ли ЭГ<3, то уве ли - че ние вы со ты па за в 1,38 ра за поз во ли ло уве ли - чить сред ний эле к т ро маг нит ный мо мент в 1,5 ра - за. Объ яс ня ет ся это тем, что за счет зна чи тель ной ко эр ци тив ной си лы ПМ маг нит ное по ле "вы тя ги - ва ет ся" вдоль зуб цов, вы со та ко то рых су ще ст вен - на, а уве ли чен ная пло щадь па зов поз во ля ет обес - пе чить вы со кую ли ней ную то ко вую на груз ку, а зна чит, по лу чит су ще ст вен ное уве ли че ние эле к т - ро маг нит но го мо мен та. При ве ден ные ре зуль та ты рас че тов маг нит но - го по ля и мо мен тов для трех мо де лей эле к т ро ге - не ра то ров с ПМ сви де тель ст ву ют о том, что кон - фи гу ра ция маг нит ной си с те мы су ще ст вен ным об ра зом вли я ет на мо мент ные ха рак те ри с ти ки. При оди на ко вой кон фи гу ра ции и раз ме рах ро то - ра с ПМ мож но су ще ст вен ным об ра зом уве ли - чить эле к т ро маг нит ный мо мент ге не ра то ра. В таб ли це при ве де ны ос нов ные ха рак те ри с - ти ки ис сле ду е мых мо де лей эле к т ро ге не ра то ров. Мас са маг ни тов ис сле ду е мых мо де лей оди на ко ва, по сколь ку кон фи гу ра ция и раз ме ры ро то ра для трех ис сле ду е мых мо де лей иден тич ны. Мас са ак - тив ной ча с ти при ве де на без уче та мас сы ва ла, под шип ни ко вых щи тов, под шип ни ков и ста ни ны. Рас чет ное зна че ние мощ но с ти при ве де но для слу чая при ме не ния ис сле ду е мых эле к т ро ге не ра - то ров в ВЭУ с ВОВ, ког да сред няя ча с то та вра ще - ния ро то ра рав на 120 об/мин и для при ме не ния эле к т ро ге не ра то ров для ми к ро<ГЭС, ког да сред - няя ча с то та вра ще ния рав на 1000 об/мин. Та ким об ра зом, при ме не ни е чис лен ных ме то - дов и со от вет ст ву ю щих про грамм ных ком плек сов поз во ля ет вы пол нять рас чет эле к т ро маг нит но го по ля и мо мен тов с учё том маг нит ных свойств ма - те ри а лов и па ра ме т ров мо де ли. При этом для до - сти же ния по став лен ной це ли, на при мер, мак си - мум мо мен та в за дан ном объ е ме не об хо ди мо про - из во дить се рию оп ти ми за ци он ных рас че тов. Со - вре мен ные про грамм ные ком плек сы, на при мер, ELCUT 5.6 или COMSOL 3.5 (FEMLAB) поз во - ля ют ав то ма ти зи ро вать этот про цесс и да ют воз - мож ность по лу чить оп ти маль ную кон фи гу ра цию маг нит ной си с те мы за при ем ле мое вре мя. С це лью оп ре де ле ния ха рак те ри с тик эле к т - ро ге не ра то ра бы ла из го тов ле на мо дель ЭГ<1. За ос но ву был взят ста тор асин хрон но го дви га те ля АИР90LА8, об мот ки ста то ра не пе ре ма ты ва - лись. Мас са из го тов лен но го эле - к т ро ге не ра то ра mЭГ<1 =17,7 кг. При ис пы та ни ях эле к т ро ге не ра - то ра в ка че ст ве при вод но го дви га - те ля ис поль зо вал ся дви га тель по - сто ян но го то ка. Ис пы ту е мый ге - не ра тор че рез шки вы с ре мен ной пе ре да чей при во дил ся во вра ще -Рис. 5. Схема электрическая принципиальная для испытаний электрогенератора. Таблица Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 1/2011, ISSN 1812�92774848 ние с по мо щью дви га те ля по сто ян но го то ка. Ча с - то та вра ще ния при вод но го дви га те ля по сто ян но - го то ка ре гу ли ро ва лась с по мо щью ла т ра. Об мот - ки ис пы ту е мо го эле к т ро ге не ра то ра ЭГ<1 со еди - не ны в "звез ду". Вы во ды об мо ток под клю че ны к трех фаз но му вы пря ми те лю (схе ма Ла ри о но ва). Для схе мы Ла ри о но ва из ве ст ны сле ду ю щие со от - но ше ния: Uн =2,34Uф, Iн = 1,22Iф. В ка че ст ве на - груз ки (Rн) ис поль зо вал ся ре о стат с пе ре мен ным со про тив ле ни ем. Схе ма эле к т ри че с кая прин ци пи - аль ная для ис пы та ний эле к т ро ге не ра то ра пред - став ле на на Рис. 5. По ре зуль та там из ме ре ний при раз лич ных зна че ни ях со про тив ле ния на груз ки рас счи та но и по ст ро е но ряд за ви си мо с тей, ха рак те ри зу ю щих ра бо ту эле к т ро ге не ра то ра ЭГ<1. На Рис. 6 при ве - де на за ви си мость мо мен та на ва лу эле к т ро ге не ра - то ра от ча с то ты вра ще ния ро то ра при раз лич ных зна че ни ях со про тив ле ния на груз ки. Ана ли зи руя гра фи ки, при ве ден ные на Рис. 6, сле ду ет от ме - тить, что мо мент на ва лу при ма лом зна че нии со - про тив ле ния на груз ки, рав ном Rн = 7 Ом весь ма зна чи те лен и до сти га ет зна че ния 104,4 Нм. На Рис. 7 при ве де на за ви си мость мо мен та на ва лу эле к т ро ге не ра то ра от то ка на груз ки. Сле ду ет от ме тить, что но ми наль ный ток дви га те ля АИР90LA8 при со еди не нии в "звез ду" со став ля ет — Ін = 2,2 А. Ана ли зи руя кри вые на Рис. 7, от ме тим, что при но ми наль ном то ке прак ти че с ки во всем ди - а па зо не на гру зок тор моз ной мо мент на ва лу эле к т - ро ге не ра то ра ЭГ<1 со став ля ет М = 19—25 Нм. Так же сле ду ет от ме тить, что рас чет ное зна че - ние мо мен та при но ми наль ном то ке со став ля ет Мрас = 21 Нм. Та ким об ра зом, ве ли чи на тор моз но го эле к т - ро маг нит но го мо мен та, рас счи тан ная по про грам - ме ELCUT 5.6, до воль но хо ро шо сов па да ет с экс - пе ри мен таль ны ми дан ны ми. Так же сле ду ет от ме - тить, что мо мент на ва лу эле к т ро ге не ра то ра прак - ти че с ки ли ней но за ви сит от то ка на груз ки для всех зна че ний со про тив ле ния на груз ки. Вы во ды. 1. Кон фи гу ра ция и раз ме ры маг нит ной си с те - мы эле к т ро ге не ра то ра с ПМ су ще ст вен ным об ра - зом вли я ет на его ха рак те ри с ти ки, по это му на ста дии пред ва ри тель но го про ек ти ро ва ния при ме - не ние со вре мен ных про грамм ных па ке тов, на при - мер, ELCUT 5.6 поз во ля ет оп ти ми зи ро вать ге о - ме т рию маг нит ной си с те мы и по лу чить тре бу е - мые ха рак те ри с ти ки эле к т ро ге не ра то ра. 2. Рас чет ное зна че ние тор моз но го мо мен та мо - де ли эле к т ро ге не ра то ра ЭГ<1 до ста точ но хо ро шо сов па да ет с экс пе ри мен таль ны ми дан ны ми. Опи - ра ясь на дан ные, по лу чен ные экс пе ри мен таль ным пу тем, так же сле ду ет от ме тить, что эле к т ро ге не ра - тор об ла да ет вы со кой пе ре гру зоч ной спо соб но с - тью, что зна чи тель но рас ши ря ет об ласть при ме не - ния дан но го ти па эле к т ро ге не ра то ра. 3. Для мо де ли эле к т ро ге не ра то ра ЭГ<1 рас чет - ное зна че ние мощ но с ти при ча с то те вра ще ния, рав ной 120 об/мин (при ме ни тель но к ве т ро ус та - нов кам) со став ля ет 0,25 кВт, а при ча с то те вра ще - ния, рав ной 1000 об/мин (при ме ни тель но к ми - ко<ГЭС) со став ля ет 2,1 кВт. При уве ли че нии ди а - ме т ра ста то ра рас чет ное зна че ние мощ но с ти для мо де ли эле к т ро ге не ра то ра ЭГ<2 со от вет ст вен но со став ля ет 0,67 кВт и 5,6 кВт и для мо де ли эле к т - ро ге не ра то ра ЭГ<3 со от вет ст вен но — 1,0 кВт и 8,3 кВт. ЛИ ТЕ РА ТУ РА 1. Яков лев А.И. Кон цеп ция со зда ния чи с то го уса деб но го до ма, обес пе чен но го во зоб нов ля е мы ми ис точ ни ка ми энер - гии.//Ги д ро энер ге ти ка Ук ра и ны. — 2008. — №4. — С. 42—47. 2. http://www.turboatom.com.ua 3. http://otrada.uaprom.net/ 4. http://www.dpverano.com.ua/ 5. Грин чен ко В.Т., Ка ян В.П., Ко чин В.А. Ис сле до ва ние и оп ти ми за ция ра бо чих ха рак те ри с тик ве т ро ро то ра с вер ти - каль ной осью вра ще ния с ме ха низ мом уп рав ле ния ло па с тя - ми.//До повіді НАН Ук раїни. — 2008. — № 12. — С. 62—68. 6. Гре бе ни ков В.В., Прый мак М.В. Мо де ли ро ва ние маг - нит ных по лей в эле к т ро ме ха ни че с ких пре об ра зо ва те лях энер гии с по сто ян ны ми маг ни та ми.//Вісник кре мен чуць ко - го дер жав но го політехнічно го універ си те ту імені Ми хай ла Ос т ро градсь ко го. — 2009. — №3 (56). — Ч 2. — С. 70—73. Рис. 7. Зависимость момента на валу электрогенератора ЭГ31 от тока нагрузки. © Гребеников В.B., 2011 Рис. 6. Зависимость момента на валу электрогенератора ЭГ31 от частоты вращения ротора.

Электрогенераторы с постоянными магнитами для ветроустановок и микро-ГЭС

Institution

Similar Items