COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE
The usage of the wind is actual branch in development of renewable energy. One of the main components in wind turbine is electric generator. Experience and development of foreign and domestic scientists showed that at present the most effective are generators in wind turbines, which are made excitat...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/146 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103037609607168 |
|---|---|
| author | Golovko, V. Monakhov, E. Ponomarev, O. Kovalenko, I. |
| author_facet | Golovko, V. Monakhov, E. Ponomarev, O. Kovalenko, I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Golovko",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "E. Monakhov",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»"
},
{
"author": "O. Ponomarev",
"institution": null
},
{
"author": "I. Kovalenko",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»"
}
] |
| author_sort | Golovko, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:11Z |
| description | The usage of the wind is actual branch in development of renewable energy. One of the main components in wind turbine is electric generator. Experience and development of foreign and domestic scientists showed that at present the most effective are generators in wind turbines, which are made excitation of permanent magnets from rare earth elements (SmCo, NdFeB). The way to increase the effectiveness of transformation the wind energy to electrical is possible with help of improvement the design of existing types of generators, using new technologies and materials or by design new technical solutions. This article deals with analysis of parameters and characteristics of traditional permanent magnet generator with cylindrical stator and axial flux permanent magnet generator with double sides active surface. The analysis is based on developed 3D field mathematical models. The usage of axial flux permanent magnet generator in case of modular usage allows to increase the power of wind turbine and to improve the usage of active materials of generator (electrotechnical steel, permanent magnets, copper). Axial flux permanent magnet machines has less volume and mass of active materials compare to traditional cylindrical machines the same power. This is especially true for the ratio of power and volume of machines in the range of power from 0.25 to 10 kW. The power of axial flux permanent magnet is in range from the parts of W to megawatts. By increasing the output power of the generator, the contact surface of the shaft and rotor connection decreases disproportionately to the total volume of the machine, which limits the output power of the machine in terms of the mechanical integrity and strength of the machine shaft. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 30
УДК 621.548
ПОРІВНЯННЯ ТРАДИЦІЙНОГО ГЕНЕРАТОРА ІЗ ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ З
ТОРЦЕВИМ ГЕНЕРАТОРОМ ІЗ ДВОСТОРОННЬОЮ АКТИВНОЮ ПОВЕРХНЕЮ
ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК
В.М. Головко1, професор, доктор технічних наук, Е.А. Монахов2, асистент,
О.І. Пономарьов2, інженер, І.Я. Коваленко2, інженер.
1Інститут відновлюваної енергетики НАН України
02094 м. Київ, вул. Гната Хоткевича, 20А.
2Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського»
03056 м. Київ, пр-т Перемоги 37.
Проведено порівняння параметрів та характеристик традиційного генератора циліндричної конструкції із постійними
магнітами з генератором торцевого типу з двосторонньою активною поверхнею, що використовуються у вітроустанов-
ках, на основі польових математичних моделей. Бібл. 8, табл. 2, рис. 6.
Ключові слова: вітроустановка, електрогенератор, перетворення енергії, постійні магніти, математична модель.
COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL
FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE
SURFACE FOR WIND TURBINE
V. Golovko1, doctor of technical sciences, E. Monakhov2, assistant, A. Ponomarev2, engineer, I. Kovalenko2, engineer.
1Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine
02094, 20A Hnata Khotkevycha Street, Kyiv, Ukraine.
2National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
03056, 37 Peremohy Avenue, Kyiv, Ukraine.
Comparison of parameters and characteristics of a traditional cylindrical generator with permanent magnets with an end-type
generator with a two-sided active surface used in wind turbines based on field mathematical models. References 8, tables 2,
figures 6.
Keywords: wind turbine, electric generator, energy conversion, permanent magnets, mathematical model.
В.М. Головко
V. Holovko
Відомості про автора: провідний науковий
співробітник Інституту відновлюваної енерге-
тики НАН України.
Освіта: закінчив 1977 р. Українську сільсько-
господарську академію за спеціальністю «Еле-
ктрифікація сільського господарства».
Наукова діяльність: відновлювані джерела
енергії, вітроенергетика, вітроустановки малої
потужності, автономні системи енергозабезпе-
чення.
Публікації: 145.
ORCID: 0000-0003-0195-9654
Контакти: тел. /факс +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Information about the author: research
fellow at Institute for Renewable Energy,
National Academy of Sciences of Ukraine.
Education: graduated from the Ukrainian
Agricultural Academy in 1977 with a degree
on electrification of agriculture.
Research area: renewable sources of energy,
wind power systems, small capacity wind
units, autonomous power systems.
Publications: 145.
ORCID: 0000-0003-0195-9654
Contacts: phone /fax +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
© В.М.Головко, Е.А.Монахов, О.І.Пономарьов, І.Я.Коваленко, 2018
mailto:renewable@ukr.net
mailto:renewable@ukr.net
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 31
Є.А. Монахов
E. Monakhov
Відомості про автора: асистент кафедри елек-
тромеханіки Національного технічного універ-
ситету України «Київський політехнічний
інститут ім. І. Сікорського».
Освіта: закінчив 2012 р. Національний техніч-
ний університет України «Київський політех-
нічний інститут ім. І. Сікорського» за спеціа-
льністю «Електричні машина та апарати».
Наукова діяльність: магнітоелектричні ма-
шини, системи керування, постійні магніти,
машини з аксіальним потоком.
Публікації: 23.
ORCID: 0000-0001-8408-8051
Контакти: тел. /факс +38-095-317-61-15
e-mail: emonachov@gmail.com
Information about the author: assistant at
the Department of Electromechanics at the
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute».
Education: graduated from the National
Technical University of Ukraine «Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» in 2012
with a degree on electrical machines and
appliances.
Research area: permanent magnet machines,
system of control, permanent magnets, axial
field machines.
Publications: 23.
ORCID: 0000-0001-8408-8051
Contacts: phone /fax +38-095-317-61-15
e-mail: emonachov@gmail.com
О.І. Пономарьов
A. Ponomarev
Відомості про автора: інженер кафедри елек-
тромеханіки Національного технічного універ-
ситету України «Київський політехнічний
інститут ім. І. Сікорського».
Освіта: закінчив 1988 р. Національний техніч-
ний університет України «Київський політех-
нічний інститут ім. І. Сікорського» за спеціа-
льністю «Електричні машина та апарати».
Наукова діяльність: магнітоелектричні ма-
шини, системи керування, постійні магніти,
машини з аксіальним потоком.
Публікації: 30.
ORCID: 0000-0003-1322-927X
Контакти: тел. /факс +38-067-536-50-62
e-mail: aiponom@ukr.net
Information about the author: an engineer at
the Department of Electromechanics at the
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute».
Education: graduated from the National
Technical University of Ukraine «Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» in 1988
with a degree on electrical machines and
appliances.
Research area: permanent magnet machines,
system of control, permanent magnets, axial
field machines.
Publications: 30.
ORCID: 0000-0003-1322-927X
Contacts: phone /fax +38-067-536-50-62
e-mail: aiponom@ukr.net
І.Я. Коваленко
I. Kovalenko
Відомості про автора: інженер Інституту при-
кладного системного аналізу Національного
технічного університету України «Київський
політехнічний інститут ім. І. Сікорського».
Освіта: закінчила у 2010 р. Національний тех-
нічний університет України «Київський полі-
технічний інститут ім. І. Сікорського» за спе-
ціальністю «Нетрадиційні джерела енергії».
Наукова діяльність: відновлювані джерела
енергії, вітроенергетика, електрогенератор.
ORCID: 0000-0003-1097-2041
Контакти: тел. /факс +38-097-939-96-73
e-mail: 2048141@ukr.net
Information about the author: an engineer at
Institute for applied system analysis of
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute».
Education: graduated from the National
Technical University of Ukraine «Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» in 2010
with a degree on renewable sources of energy.
Research area: renewable sources of energy,
wind power systems, electric generator.
ORCID: 0000-0003-1097-2041
Contacts: phone /fax +38-097-939-96-73
e-mail: 2048141@ukr.net
Перелік використаних позначень та скорочень:
μ, – магнітна проникність та електропровідність; L – осьова довжина генератора;
стор,V J
– вектори швидкості руху середовища та UП – кількість витків в пазу;
сторонньої густини струму; SП – площа в пазу під провідники;
Je – густина струмів в обмотці статора, що EzА, EzХ – напруженість електричного поля в місці
характеризує режим роботи генератора; розташування котушок фазних зон «А» і «х»;
mailto:emonachov@gmail.com
mailto:aiponom@ukr.net
mailto:aiponom@ukr.net
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 32
σ – електропровідність матеріалів області; Sq – площа, яку займають провідники однієї
μr – відносна магнітна проникність матеріалів. фазної зони;
Br – залишкова індукція постійних магнітів; а – число паралельних гілок обмотки якоря;
Jm – амплітудне значення густини струму в фазі Bn, Вτ – нормальна та тангенціальна складові
обмотки якоря, яке визначається струмовим магнітної індукції щодо поверхні ротора;
навантаженням паза генератора (величиною R2, L2 – радіус та довжина ротора;
струму якоря, кількістю витків і площею р – кількість пар полюсів;
перетину паза); τ – величина полюсної поділки ротора.
Вступ. Актуальним напрямком розвитку від-
новлювальних джерел енергії є використання
енергії вітру. Одним із основних складових еле-
ментів вітроустановок є електричний генератор.
Досвід та розробки зарубіжних та вітчизняних
вчених показав, що на даний момент найбільшу
ефективність мають генератори вітроустановок,
що виконані на базі постійних магнітів із рідко-
земельних елементів (SmCo, NdFeB) [1, 2, 8].
Підвищити ефективність перетворення енергії
вітру в електричну можливо за рахунок вдоско-
налення конструкції наявних типів електрогене-
раторів, використання нових технологій та мате-
ріалів або розробки нових конструктивних рі-
шень електрогенераторів [1, 2, 7].
Ця стаття присвячена аналізу параметрів та
характеристик традиційного генератора цилінд-
ричної конструкції із постійними магнітами з ге-
нератором торцевого типу з двосторонньою ак-
тивною поверхнею. Використання саме торцево-
го генератора модульної конструкції дозволяє
підвищити питому потужність установки та пок-
ращити використання активних матеріалів гене-
ратора (електротехнічної сталі, постійних магні-
тів, обмотувального проводу).
Торцеві електричні машини можна виконати
з великим числом пар полюсів, що найбільш ви-
гідно виділяє цей клас для застосування в низько
швидкісних або в високочастотних приводах. На
рис. 1 наведено порівняння серії електричних
машин з аксіальним та радіальним магнітним по-
током, тобто циліндричної машини для діапазону
потужностей від 0,25 до 10 кВт [4, 7].
Рис. 1. Порівняння характеристик циліндричної (1) ма-
шини та торцевої з двосторонньою активною поверхнею
(2).
Fig. 1. Comparison characteristics of a cylindrical (1)
machine and active surface machine (2).
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 33
З порівняння машин близької потужності ви-
ходить, що машини з аксіальним потоком мають
менший об’єм і масу активних матеріалів, ніж
машини традиційної циліндричної конструкції.
Особливо це стосується співвідношення потуж-
ності і об’єму машин у діапазоні потужностей від
0,25 до 10 кВт. Діапазон потужностей електрич-
них генераторів з аксіальним магнітним потоком
збудження лежить в межах від часток ват до ме-
гават. У випадку збільшення вихідної потужності
генератора, контактна поверхня з'єднання вала і
ротора зменшується непропорційно до загально-
го об’єму машини, що обмежує вихідну потуж-
ність машини з точки зору механічної цілісності і
міцності вала машини. Рішенням для збільшення
механічної цілісності з'єднання ротор–вал є мо-
дульна конструкція машини [5, 8]. Топологія цих
машин є найбільш придатна для модульного
компонування, в якому число однакових модулів
обирається для забезпечення необхідної потуж-
ності або моменту [4].
Рис. 2. Загальний вигляд торцевого генератора із двос-
торонньою активною поверхнею: 1 – магнітне осердя
статора; 2 – обмотка статора; 3 – ротор; 4 – постійні маг-
ніти; 5 – корпус; 6 – підшипники; 7 – вал.
Fig. 2. Common view of the front generator with a two-sided
active surface: 1 – the magnetic core of the stator; 2 – stator
winding; 3 – rotor; 4 – permanent magnets; 5 – housing; 6 –
bearings; 7 – shaft.
На рис. 2 показано конструкцію генератора
торцевого типу з двосторонньою активною пове-
рхнею [3, 5].
На рис. 3 наведено вид генератора із постій-
ними магнітами традиційної (циліндричної) кон-
струкції [3, 6].
Рис. 3. Генератор класичної конструкції: 1 – магнітне
осердя статора; 2 – обмотка статора; 3 – вал; 4 – постійні
магніти; 5 – полюсні наконечники.
Fig. 3. Classical construction generator: 1 – magnetic stator
core; 2 – stator winding; 3 – shaft; 4 – permanent magnets; 5
– pole tips.
Вихідні дані для математичного моделюван-
ня досліджуваних електричних генераторів наве-
дено в табл. 1.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 34
Таблиця 1 – Вихідні дані для математичної моделі
Table 1 - Output data for a mathematical model
Параметр Значення
Торцевий генератор Циліндричний генератор
Постійні магніти
NdFeB N38: Br=1,21Тл,
Hc=939 кА/м
NdFeB N38: Br=1,21Тл,
Hc=939 кА/м
Матеріал ротора Сталь 3 Сталь 3
Матеріал статора Сталь 1211 Сталь 1211
Обмотувальний провід ПЭТ 155 0,47 ПЭТ 155 0,47
Кількість витків в котушці 118 94
Кількість котушок 3×8 3×6
Швидкість обертання 300 об /хв 300 об /хв
Кількість полюсів 8 8
Зовнішній діаметр магнітного осердя статора, мм 170 130
Внутрішній діаметр магнітного осердя статора, мм 100 76
Довжина статора 35 127
Діаметр ротора, мм 175 75
Довжина ротора, мм 16 127
Величина повітряного проміжку, мм 0,5 0,5
Математична модель. Для розрахунку ха-
рактеру розподілу електромагнітного поля тор-
цевого електрогенератора доцільно використову-
вати тривимірну польову математичну модель.
Це обумовлено наявністю в розрахунковій зоні
такого генератора радіально-аксіального магніт-
ного потоку. Застосування тривимірної матема-
тичної моделі дозволяє [1]:
- враховувати вплив магнітних полів розсію-
вання лобових частин;
- враховувати наявність міжлистової ізоляції
між окремими листами магнітопроводу;
- в повній мірі враховувати повздовжні та по-
перечні кінцеві ефекти;
- в повній мірі враховувати конструктивні
особливості генератора.
Чисельна реалізація моделі виконується ме-
тодом скінченних елементів із застосуванням
програмного пакету COMSOL Multiphysics.
Для розрахунку магнітного поля використо-
вувалося нестаціонарне нелінійне диференціаль-
не рівняння для векторного магнітного потенціа-
лу (А) в рухомому електропровідному середови-
щі [3, 4]:
1
стор
А
А V A J
t
,
де: μ, – магнітна проникність та електропровід-
ність; , сторV J – вектори швидкості руху середо-
вища та сторонньої густини струму.
Для розрахунку електромагнітного поля в
квазістатичному режимі попереднє рівняння на-
буває такого вигляду:
1
v .сторА j A J
Для отримання однозначного розв’язку на
межах розрахункової області задаються граничні
умови першого роду:
г1г1
А =А (x,y,z,t) .
Для отримання характеру розподілу вихідної
напруги та магнітної індукції в часі на окремих
ділянках магнітопроводу задаються початкові
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 35
умови – значення польових функцій в середині
області в початковий момент часу.
t=0
а(x,y,z,t) =а(x,y,z,0) .
Оскільки розрахункова область машини має
різні фізичні властивості, то в кожній з областей
вирішується стаціонарне рівняння поля щодо ве-
кторного магнітного потенціалу. Для області, яка
містить в собі повітряний проміжок, магнітопро-
від, вал, полюсні наконечники і обмотку якоря
рівняння має такий вигляд [1–3]:
0
e
r
А A
J
t
,
де Je – густина струмів в обмотці статора, що ха-
рактеризує режим роботи генератора; σ – елект-
ропровідність матеріалів області; μr – відносна
магнітна проникність матеріалів.
Поле постійних магнітів розраховується за
таким стаціонарним рівнянням:
0
r
e
r
A ВА
J
t
,
де Br – залишкова індукція постійних магнітів.
Густина струмів в обмотці якоря задаються
як функція часу t:
1cosA mJ J t ,
1cos 2 / 3В mJ J t ,
1cos 4 / 3С mJ J t ,
де Jm – амплітудне значення густини струму в
фазі обмотки якоря, яке визначається струмовим
навантаженням паза генератора (величиною
струму якоря, кількістю витків і площею перети-
ну паза).
Для розрахунку індукованої ЕРС в фазі об-
мотки якоря генератора, в середовищі COMSOL
Multiphysics використовується такий інтеграль-
ний вираз:
q q
п
A zA zX
п S S
L U
E E ds E ds
S а
,
де L – осьова довжина генератора; UП – кількість
витків в пазу; SП – площа в пазу під провідники;
EzА, EzХ – напруженість електричного поля в міс-
ці розташування котушок фазних зон «А» і «х»;
Sq – площа, яку займають провідники однієї фаз-
ної зони; а – число паралельних гілок обмотки
якоря. Аналогічно визначаються ЕРС в фазах об-
мотки «В» і «С».
Для обчислення миттєвих значень сили і
крутного моменту, наприклад, для визначення
часової залежності електромагнітного моменту
синхронного генератора з постійними магнітами
використовується метод тензору магнітного на-
тягу. В загальному вигляді вираз для обчислення
має такий вигляд:
1 1 1
1 1
1 1
Re ( ) ( )
2 2
1
( ) ( ) .
2
T
av
T
n T n E D n E D
n H B n E B
Результати моделювання. На рис. 4 наведе-
но розподіл магнітної індукції в розрахунковій
області для генератора з постійними магнітами
циліндричної конфігурації.
Рис. 4. Розподіл електромагнітного поля в розрахунковій
області циліндричного електрогенератора.
Fig. 4 Electromagnetic field distribution in the area of a
cylindrical generator.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 36
На рис. 5 наведено розподіл магнітної ін-
дукції в рамках розрахункової області торцевого
генератора із постійними магнати з двосторон-
ньою активною поверхнею.
Рис. 5. Розподіл електромагнітного поля для
двохсторонньої конструкції з радіально-аксіальним маг-
нітним потоком.
Fig. 5 Electromagnetic field distribution for a two-
sided design generator with radial axial magnetic flux.
Кінцевий вираз для визначення електромаг-
нітного моменту генератора набуде такого ви-
гляду:
2 2
0 0
2
эм n
р R L
М B B dl
,
де Bn, Вτ – нормальна та тангенціальна складові
магнітної індукції щодо поверхні ротора; R2, L2 –
радіус та довжина ротора; р – кількість пар по-
люсів; τ – величина полюсної поділки ротора.
На рис. 6 наведено розподіл середнього зна-
чення магнітної індукції для двох конструктив-
них виконань: б) – традиційна (циліндрична)
конструкція генератора; а) – торцева двостороння
конструкція.
На рис. 6 наведено розподіл магнітної індук-
ції в повітряному проміжку для двох випадків:
З рис. 6 видно, що генератор торцевої конс-
трукції забезпечує вище амплітудне значення ма-
гнітної індукції в проміжку за рахунок конструк-
тивного виконання, ніж генератор класичної кон-
струкції. Крім того, у генератора класичної конс-
трукції величина вищих гармонік магнітного по-
току проявляється сильніше за рахунок явно ви-
раженої зубчастості внутрішньої розточки стато-
ра та явно полюсного виконання ротора.
Результати розрахунку та порівняння наве-
дених конструкцій генераторів та їхньої ефекти-
вності наведено в табл. 2.
а) б)
Рис. 6. Розподіл середньоквадратичного значення магнітної індукції для двох випадків: а) торцевої констру-
кції електрогенератора із двосторонньою активною зоною; б) для циліндричної конструкції електрогенератора.
Fig. 6. Magnetic flux density distribution for two cases: a) the end structure of the generator with a two-way active
zone; b) for a cylindrical generator.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 37
Таблиця 2 – Результат порівняння параметрів та характеристик генераторів
Table 2 - Result of comparison of parameters and characteristics of generators
Параметри Од. вим. Торцевий генератор Циліндричний генератор
Номінальний фазний струм А 2,8 2,8
Індукція в повітряному проміжку Тл 0,43 0,32
Фазна ЕРС В 87 63
Електромагнітна потужність Вт 320 314
Лінійне навантаження А/м×103 13,14 12,67
Маса постійних магнітів кг 1,7 0,94
Маса генератора кг 7,3 6,8
ККД % 91,0 93,0
Умовний об’єм активної частини м3 0,014 0,011
Маса кг 7,9 7,1
Питома потужність Вт/м3 3600 1500
Максимальний момент Н·м 28,52 14,32
Номінальний момент Н·м 16,7 10,2
Фазна ЕРС В 87 63
Висновки. Результати порівняльного аналізу
наведених типів електрогенераторів дозволяють
зробити висновки, що торцевий тип у порівнянні
з генераторами циліндричної конструкції мають:
- ефективніше використання активної час-
тини, що проявляється підвищеним значенням
індукованої ЕРС в обмотці якоря, покращеними
питомими показниками, зокрема у випадку бага-
тополюсного виконання;
- більш високе значення перевантажува-
льної здатності та номінального моменту;
- кращі умови для природнього охоло-
дження;
- характерні топологічні властивості для
реалізації модульного виконання;
- можливість надійного консольного закрі-
плення за наявності невеликої осьової довжини.
1. Васьковський Ю.М. Математичне моделювання
електричних машин з постійними магнітами
/ Ю.М. Васьковський, Ю.А. Гайденко, М.А. Коваленко – К.:
НТУУ «КПІ», 2017. – 193 с.
2. Математическое моделирование генератора с ком-
бинированным возбуждением автономной энергоустановки
/ В.В. Чумак, М.А. Коваленко, О.І. Пономарьов // IЕС Елек-
тромеханiчнi і енергозберiгаючi системи. – 2015. – №3 (31).
– С. 53–60.
3. Коваленко М.А. Цепеполевая математическая мо-
дель генератора с постоянными магнитами автономной эне-
ргоустановки / В.В. Чумак, М.А. Коваленко,
А.И. Пономарев // Вісник Національного технічного універ-
ситету «ХПІ». – 2015. – №42 (1151). – С. 44–51.
4. Чумак В.В. Управление магнитоэлектрическим ге-
нератором с аксиальным потоком / В.В. Чумак,
Е.А. Монахов // Технічна електродинаміка. – 2016. – №2. –
С. 55–57.
5. Чумак В.В. Исследование вопросов выбора посто-
янных магнитов в торцевом магнитоэлектрическом генера-
торе / В.В. Чумак, Е.А. Монахов // Гідроенергетика Украї-
ни. – 2015. – №1–2. – С. 54–57.
6. Монахов Е.А. Методика расчета магнитной сис-
темы торцевых синхронных магнитоэлектрических генера-
торов / Е.А. Монахов, В.В. Чумак // Вісник Кременчуцького
національного університету імені Михайла Остроградсько-
го. – 2015. – №1 (90), ч.1. – С. 23–26.
7. Васько П.Ф., Брыль А.А., Пекур П.П. Определение
технических показателей эффективности использования
ветроэлектрических агрегатов в Украине // Энергетика и
электрификация. – 1995. – №2. – С. 48–51.
8. Коханевич В.П., Перминов Ю.Н., Шихайлов Н.А.,
Марченко Н.В. Разработка и испытание генераторов с пос-
тоянными магнитами для ветроустановок на базе серийных
асинхронных двигателей / Альтер. энергет. и экология. –
2012. – №7 – С. 48–55.
https://scholar.google.com.ua/scholar?oi=bibs&cluster=4064776970309208692&btnI=1&hl=ru
https://scholar.google.com.ua/scholar?oi=bibs&cluster=4064776970309208692&btnI=1&hl=ru
https://scholar.google.com.ua/scholar?oi=bibs&cluster=4064776970309208692&btnI=1&hl=ru
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 38
СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА НА
ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ И ТОРЦЕВОГО ГЕНЕ-
РАТОРА С ДВУХСТОРОННЕЙ АКТИВНОЙ ПОВЕРХ-
НОСТЬЮ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК
В.М. Головко1, профессор, доктор технических наук,
Е.А. Монахов2, асcистент,
А.И. Пономарев2, инженер И.Я. Коваленко2.
1Институт возобновляемой энергетики НАН Украины
02094, г. Киев, ул. Гната Хоткевича, 20А.
2Национальный технический университет Украины «Киевс-
кий политехнический институт им. И. Сикорского»
03056, г. Киев, пр-т Перемогы, 37.
Проведено сравнение параметров и характеристик тради-
ционного генератора цилиндрической конструкции с посто-
янными магнитами с генератором торцевого типа с дву-
хсторонней активной поверхностью, используемых в вет-
роустановках, на основании полевых математических мо-
делей. Библ. 8, табл. 2, рис. 6.
Ключевые слова: ветроустановка, электрогенератор, прео-
бразования энергии, постоянные магниты, математическая
модель.
REFERENCES
1. Vaskovskyi Yu.M. Matematychne modeliuvannia
elektrychnykh mashyn z postiinymy mahnitamy /
Yu.M. Vaskovskyi, Yu.A. Haidenko, M.A. Kovalenko – K.:
NTUU «KPI», 2017. – 193 s. [Ukr.]
2. Matematicheskoe modelirovanie generatora s
kombinirovannym vozbuzhdeniem avtonomnoy energoustanovki
/ V.V. Chumak, M.A. Kovalenko, O.І. Ponomarev // IES
Elektromekhanichni i enerhozberihaiuchi systemy. – 2015. – №3
(31). – S. 53–60. [Rus.]
3. Kovalenko M.A. Tsepepolevaya matematicheskaya
model' generatora s postoyannymi magnitami avtonomnoy
energoustanovki / V.V. Chumak, M.A. Kovalenko,
A.I. Ponomarev // Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho
universytetu «KhPI». – 2015. – №42 (1151). – S. 44–51. [Rus.]
4. Chumak V.V. Upravlenie magnitoelektricheskim
generatorom s aksial'nym potokom / V.V. Chumak,
E.A. Monakhov // Tekhnichna elektrodynamika. – 2016. – №2.
– S. 55–57.
5. Chumak V.V. Issledovanie voprosov vybora
postoyannykh magnitov v tortsevom magnitoelektricheskom
generatore / V.V. Chumak, E.A. Monakhov // Hidroenerhetyka
Ukrainy. – 2015. – №1–2. – S. 54–57.
6. Monakhov E.A. Metodika rascheta magnitnoy sistemy
tortsevykh sinkhronnykh magnitoelektricheskikh generatorov /
E.A. Monakhov, V.V. Chumak // Visnyk Kremenchutskoho
natsionalnoho universytetu imeni Mykhaila Ostrohradskoho. –
2015. – №1 (90), ch.1. – S. 23–26.
7. Vasko P.F., Bryl A.A., Pekur P.P. Opredelenie
tekhnicheskikh pokazateley effektivnosti ispol'zovaniya
vetroelektricheskikh agregatov v Ukraine // Energetika i
elektrifikatsiya. – 1995. – №2. – S. 48–51.
8. Kokhanevich V.P., Perminov Yu.N., Shikhaylov N.A.,
Marchenko N.V. Razrabotka i ispytanie generatorov s
postoyannymi magnitami dlya vetroustanovok na baze seriynykh
asinkhronnykh dvigateley / Alter. energet. i ekologiya. – 2012. –
№7 – S. 48–55.
SYNOPSES
The usage of the wind is actual branch in development of
renewable energy. One of the main components in wind turbine
is electric generator. Experience and development of foreign and
domestic scientists showed that at present the most effective are
generators in wind turbines, which are made excitation of
permanent magnets from rare earth elements (SmCo, NdFeB).
The way to increase the effectiveness of transformation the wind
energy to electrical is possible with help of improvement the
design of existing types of generators, using new technologies
and materials or by design new technical solutions. This article
deals with analysis of parameters and characteristics of
traditional permanent magnet generator with cylindrical stator
and axial flux permanent magnet generator with double sides
active surface. The analysis is based on developed 3D field
mathematical models. The usage of axial flux permanent magnet
generator in case of modular usage allows to increase the power
of wind turbine and to improve the usage of active materials of
generator (electrotechnical steel, permanent magnets, copper).
Axial flux permanent magnet machines has less volume and
mass of active materials compare to traditional cylindrical
machines the same power. This is especially true for the ratio of
power and volume of machines in the range of power from 0.25
to 10 kW. The power of axial flux permanent magnet is in range
from the parts of W to megawatts. By increasing the output
power of the generator, the contact surface of the shaft and rotor
connection decreases disproportionately to the total volume of
the machine, which limits the output power of the machine in
terms of the mechanical integrity and strength of the machine
shaft.
РЕФЕРАТ
Підвищити ефективність перетворення енергії вітру в
електричну можливо за рахунок удосконалення або розроб-
ки нових конструктивних рішень сучасних типів електроге-
нераторів як одного із основних складових елементів вітро-
установки. У цій роботі наведено порівняння параметрів та
характеристик генераторів із постійними магнітами тради-
ційної циліндричної конструкції та торцевого типу з двосто-
ронньою активною поверхнею. Аналіз параметрів та харак-
теристик зазначених генераторів здійснюється за допомогою
розроблених тривимірних польових математичних моделей
методом скінченних елементів. Реалізація моделей здійсне-
на в програмному пакеті COMSOL Multiphysics. Результати
досліджень показали, що генератор торцевого типу у порів-
нянні з генератором циліндричної конструкції має більш
ефективне використання активної частини, вищу переван-
тажувальну здатність та кращі умови для охолодження, мо-
дульного виконання та консольного закріплення.
Стаття надійшла до редакції 07.05.18
Остаточна версія 07.06.18
|
| id | veorgua-article-146 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:01:50Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/e8/811b2a55b934709dc0c79126936da4e8.pdf |
| spelling | veorgua-article-1462026-07-18T06:32:11Z COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ И ТОРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА С ДВУХСТОРОННЕЙ АКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК ПОРІВНЯННЯ ТРАДИЦІЙНОГО ГЕНЕРАТОРА ІЗ ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ З ТОРЦЕВИМ ГЕНЕРАТОРОМ ІЗ ДВОСТОРОННЬОЮ АКТИВНОЮ ПОВЕРХНЕЮ ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК Golovko, V. Monakhov, E. Ponomarev, O. Kovalenko, I. wind turbine energy conversion permanent magnets mathematical model вітроустановка електрогенератор перетворення енергії постійні магніти, математична модель ветроустановка электрогенератор преобразования энергии постоянные магниты математическая модель The usage of the wind is actual branch in development of renewable energy. One of the main components in wind turbine is electric generator. Experience and development of foreign and domestic scientists showed that at present the most effective are generators in wind turbines, which are made excitation of permanent magnets from rare earth elements (SmCo, NdFeB). The way to increase the effectiveness of transformation the wind energy to electrical is possible with help of improvement the design of existing types of generators, using new technologies and materials or by design new technical solutions. This article deals with analysis of parameters and characteristics of traditional permanent magnet generator with cylindrical stator and axial flux permanent magnet generator with double sides active surface. The analysis is based on developed 3D field mathematical models. The usage of axial flux permanent magnet generator in case of modular usage allows to increase the power of wind turbine and to improve the usage of active materials of generator (electrotechnical steel, permanent magnets, copper). Axial flux permanent magnet machines has less volume and mass of active materials compare to traditional cylindrical machines the same power. This is especially true for the ratio of power and volume of machines in the range of power from 0.25 to 10 kW. The power of axial flux permanent magnet is in range from the parts of W to megawatts. By increasing the output power of the generator, the contact surface of the shaft and rotor connection decreases disproportionately to the total volume of the machine, which limits the output power of the machine in terms of the mechanical integrity and strength of the machine shaft. Проведено сравнение параметров и характеристик традиционного генератора цилиндрической конструкции с постоянными магнитами с генератором торцевого типа с двухсторонней активной поверхностью, используемых в ветроустановках, на основании полевых математических моделей. Підвищити ефективність перетворення енергії вітру в електричну можливо за рахунок удосконалення або розробки нових конструктивних рішень сучасних типів електрогенераторів як одного із основних складових елементів вітроустановки. У цій роботі наведено порівняння параметрів та характеристик генераторів із постійними магнітами традиційної циліндричної конструкції та торцевого типу з двосторонньою активною поверхнею. Аналіз параметрів та характеристик зазначених генераторів здійснюється за допомогою розроблених тривимірних польових математичних моделей методом скінченних елементів. Реалізація моделей здійснена в програмному пакеті COMSOL Multiphysics. Результати досліджень показали, що генератор торцевого типу у порівнянні з генератором циліндричної конструкції має більш ефективне використання активної частини, вищу перевантажувальну здатність та кращі умови для охолодження, модульного виконання та консольного закріплення. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-06-18 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/146 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (53) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 30-38 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (53) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 30-38 Відновлювана енергетика; № 2 (53) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 30-38 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/146/98 Copyright (c) 2018 V. Golovko, E. Monakhov, O. Ponomarev, I. Kovalenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | wind turbine energy conversion permanent magnets mathematical model Golovko, V. Monakhov, E. Ponomarev, O. Kovalenko, I. COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE |
| title | COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE |
| title_alt | СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ И ТОРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА С ДВУХСТОРОННЕЙ АКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК ПОРІВНЯННЯ ТРАДИЦІЙНОГО ГЕНЕРАТОРА ІЗ ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ З ТОРЦЕВИМ ГЕНЕРАТОРОМ ІЗ ДВОСТОРОННЬОЮ АКТИВНОЮ ПОВЕРХНЕЮ ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК |
| title_full | COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE |
| title_fullStr | COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE |
| title_full_unstemmed | COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE |
| title_short | COMPARISON OF TRADITIONAL PERMANENT MAGNET GENERATOR AND AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH DOUBLE-SIDED ACTIVE SURFACE FOR WIND TURBINE |
| title_sort | comparison of traditional permanent magnet generator and axial flux permanent magnet generator with double-sided active surface for wind turbine |
| topic | wind turbine energy conversion permanent magnets mathematical model |
| topic_facet | wind turbine energy conversion permanent magnets mathematical model вітроустановка електрогенератор перетворення енергії постійні магніти математична модель ветроустановка электрогенератор преобразования энергии постоянные магниты математическая модель |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/146 |
| work_keys_str_mv | AT golovkov comparisonoftraditionalpermanentmagnetgeneratorandaxialfluxpermanentmagnetgeneratorwithdoublesidedactivesurfaceforwindturbine AT monakhove comparisonoftraditionalpermanentmagnetgeneratorandaxialfluxpermanentmagnetgeneratorwithdoublesidedactivesurfaceforwindturbine AT ponomarevo comparisonoftraditionalpermanentmagnetgeneratorandaxialfluxpermanentmagnetgeneratorwithdoublesidedactivesurfaceforwindturbine AT kovalenkoi comparisonoftraditionalpermanentmagnetgeneratorandaxialfluxpermanentmagnetgeneratorwithdoublesidedactivesurfaceforwindturbine AT golovkov sravnenietradicionnogogeneratoranapostoânnyhmagnitahitorcevogogeneratorasdvuhstoronnejaktivnojpoverhnostʹûdlâvetroustanovok AT monakhove sravnenietradicionnogogeneratoranapostoânnyhmagnitahitorcevogogeneratorasdvuhstoronnejaktivnojpoverhnostʹûdlâvetroustanovok AT ponomarevo sravnenietradicionnogogeneratoranapostoânnyhmagnitahitorcevogogeneratorasdvuhstoronnejaktivnojpoverhnostʹûdlâvetroustanovok AT kovalenkoi sravnenietradicionnogogeneratoranapostoânnyhmagnitahitorcevogogeneratorasdvuhstoronnejaktivnojpoverhnostʹûdlâvetroustanovok AT golovkov porívnânnâtradicíjnogogeneratoraízpostíjnimimagnítamiztorcevimgeneratoromízdvostoronnʹoûaktivnoûpoverhneûdlâvítroustanovok AT monakhove porívnânnâtradicíjnogogeneratoraízpostíjnimimagnítamiztorcevimgeneratoromízdvostoronnʹoûaktivnoûpoverhneûdlâvítroustanovok AT ponomarevo porívnânnâtradicíjnogogeneratoraízpostíjnimimagnítamiztorcevimgeneratoromízdvostoronnʹoûaktivnoûpoverhneûdlâvítroustanovok AT kovalenkoi porívnânnâtradicíjnogogeneratoraízpostíjnimimagnítamiztorcevimgeneratoromízdvostoronnʹoûaktivnoûpoverhneûdlâvítroustanovok |