DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES
The article points out the expediency of usage the asynchronous motor for re-design them into synchronous generator with permanent magnet excitation. According to the calculation results there are given some recommendations in questions such as choice of the asynchronous motor and its corresponding...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/202 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103249321295872 |
|---|---|
| author | Permynov, Y. Monakhov, E. |
| author_facet | Permynov, Y. Monakhov, E. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Y. Permynov",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Hnata Khotkevicha Str., 20A, 02094, Kyiv-94, Ukraine"
},
{
"author": "E. Monakhov",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» Peremohy av., 37, 03059, Kyiv-59, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Permynov, Y. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:13Z |
| description | The article points out the expediency of usage the asynchronous motor for re-design them into synchronous generator with permanent magnet excitation. According to the calculation results there are given some recommendations in questions such as choice of the asynchronous motor and its corresponding speed multiplier for manufacturing synchronous generator with excitation of high-energy rare-earth permanent magnets neodymium – iron – boron (NdFeB). Application of speed multiplier allow to increase rotation speed of generator, decrease its dimensions and mass, but it causes increasing the general mass of set due to installation of speed multiplier. Serial industrial products have optimal geometrical ratios, minimized by weight, have high quality of manufacturing and, consequently – are reliable. An original design of caseless gearless synchronous permanent magnet generator for wind turbine is presented and a number of calculations in a range of power since 20 kW till 2 MW is provided. An evaluation of geometric changes in tooth zone of stator in these generators are given that allows to estimate its manufacturability. For declining the weight and size indicators the caseless gearless synchronous permanent magnet generator was proposed, designed, made and tested. The power of generator is 20 kW. Also there are given some results of calculation of gear and gearless windturbine for its further estimation, taking into account its dimensions and mass of active materials, including rare-earth permanent magnets, the price of which is the most. References 9, tabl. 2, figures 3. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2019.2(57).54-60 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
© Ю.Н. Перминов, Е.А. Монахов, 2019
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 54
УДК 621.548 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).54-60
СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С
ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК
Ю.Н. Перминов1, канд.техн.наук, Е.А. Монахов2
1Институт возобновляемой энергетики НАН Украины,
02094, г. Киев, ул. Гната Хоткевича, 20А,
2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»,
03059, г. Киев, пр. Победы, 37
В статье показана целесообразность использования серийных асинхронных двигателей при создании синхронных генера-
торов с возбуждением от постоянных магнитов. По результатам расчетов даны рекомендации по выбору асинхронных
двигателей и соответствующих мультипликаторов при изготовлении синхронных генераторов с возбуждением от высо-
коэнергетических редкоземельных постоянных магнитов неодим – железо – бор (NdFeB). Применение мультипликатора
позволяет повысить частоту вращения генератора, уменьшить его габариты, массу, однако это вызывает увеличение
общей массы установки за счет применения мультипликатора. Серийные изделия отличаются оптимальными геометри-
ческими соотношениями, минимизированы по массе, отличаются качеством изготовления, и, следовательно, – надежно-
стью. В работе предложена оригинальная конструкция бескорпусного, безредукторного синхронного магнитоэлектриче-
ского генератора для ветроустановок и приведены некоторые результаты расчетов ряда генераторов на базе этой кон-
струкции мощностью от 20 кВт до 2 МВт, а также дана оценка характера изменения геометрических размеров зубцовой
зоны статоров в этих генераторах, которая позволяет оценить технологичность их изготовления. Для снижения массо-
габаритных показателей был предложен, разработан, изготовлен и испытан бескорпусной безредукторный синхронный
генератор с возбуждением от постоянных магнитов мощностью 20 кВт. Также в работе представлены некоторые ре-
зультаты расчетов редукторной и безредукторной компоновки ветроустановки для их последующей оценки, учитывая
габариты и массу активных материалов, в том числе редкоземельных постоянных магнитов, цена которых является
наибольшей. Библ. 9, табл. 2, рис. 3.
Ключевые слова: асинхронные двигатели; синхронные генераторы; мультипликаторы; бескорпусной; постоянные магни-
ты; ветроустановка.
DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR
FOR WIND TURBINES
Y. Permynov 1, candidate of technical sciences, E. Monakhov 2
1Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine,
Hnata Khotkevicha Str., 20A, 02094, Kyiv-94, Ukraine
2National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Peremohy av., 37, 03059, Kyiv-59, Ukraine
The article points out the expediency of usage the asynchronous motor for re-design them into synchronous generator with perma-
nent magnet excitation. According to the calculation results there are given some recommendations in questions such as choice of the
asynchronous motor and its corresponding speed multiplier for manufacturing synchronous generator with excitation of high-energy
rare-earth permanent magnets neodymium – iron – boron (NdFeB). Application of speed multiplier allow to increase rotation speed
of generator, decrease its dimensions and mass, but it causes increasing the general mass of set due to installation of speed multipli-
er. Serial industrial products have optimal geometrical ratios, minimized by weight, have high quality of manufacturing and, conse-
quently – are reliable. An original design of caseless gearless synchronous permanent magnet generator for wind turbine is present-
ed and a number of calculations in a range of power since 20 kW till 2 MW is provided. An evaluation of geometric changes in tooth
zone of stator in these generators are given that allows to estimate its manufacturability. For declining the weight and size indicators
the caseless gearless synchronous permanent magnet generator was proposed, designed, made and tested. The power of generator is
20 kW. Also there are given some results of calculation of gear and gearless windturbine for its further estimation, taking into ac-
count its dimensions and mass of active materials, including rare-earth permanent magnets, the price of which is the most. Refer-
ences 9, tabl. 2, figures 3.
Keywords: asynchronous motor, synchronous generator, speed multiplier, caseless, permanent magnet, wind turbine.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).54-60
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 55
Ю.Н. Перминов
Y. Permynov
Сведения об авторе: канд. техн. наук,
старший научный сотрудник Института
возобновляемой энергетики НАН Украины.
Образование: окончил в 1968 г. Киевский
политехнический институт по специально-
сти «Электрические машины и аппараты».
Область научных интересов: ветрогене-
раторы, ветроустановки малой мощности,
гидрогенераторы, устройства с постоянны-
ми магнитами.
Публікації: 85.
ORCID: 10000–0001–5604–8327
Контакты: Тел./факс +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Author information: candidate of technical
sciences, Senior Researcher at Institute for
Renewable Energy, National Academy of
Sciences of Ukraine.
Education: graduated from the Kiev Polytech-
nic Institute in 1968 with a degree in Electrical
Machines and Apparatuses.
Research area: wind power systems, small
capacity wind units, hydrogenerators, devices
with permanent magnets
Publications: 85.
ORCID: 10000–0001–5604–8327
Contacts: phone./fax: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Е.А. Монахов
E. Monakhov
Сведения об авторе: асистент кафедры
электромеханики КПИ им. И. Сикорского,
Киев.
Образование: окончил в 2012 г. Киевский
политехнический институт по специально-
сти «Электрические машины и аппараты».
Научная сфера: машины с постоянными
магнитами, синхронные генераторы, малые
электростанции, гидроэлектростанции.
Публикации: 24
ORCID: 0000-0001-8408-8051
Контакты: тел./факс: +38-095-317-61-15
e-mail: emonachov@gmail.com
Author information: assistant of department
of electomechanics in Igor Sikorsky Kyiv
Polytechnic Institute.
Education: graduated from the Kyiv Poly-
technic Institute in 2012 with the specializa-
tion «Electrical machines and apparatus».
Research area: permanent magnet machines,
synchronous generators, small energy plants,
hydropower plants.
Publications: 24.
ORCID: 0000-0001-8408-8051
Contacts: phone./fax: +38-095-317-61-15
e-mail: emonachov@gmail.com
Перечень используемых обозначений:
эМ – электромагнитный момент; v – скорость воздушного потока;
P – мощность генератора; k – К.П.Д. ветроколеса;
A – линейная нагрузка; D – диаметр ветроколеса;
B – индукция в рабочем зазоре; – угловая частота вращения;
aD – диаметр ротора; z – коэффициент быстроходности;
al – активная длина ротора; S – площадь ометаемой поверхности;
– плотность воздуха; f – частота напряжения.
Введение. В ветроустановках малой мощ-
ности широко используются синхронные генера-
торы с возбуждением от постоянных магнитов,
применение которых позволяет упростить кон-
струкцию, исключить потери на возбуждение,
существующие в машинах с электромагнитным
возбуждением, повысить К.П.Д. и надежность.
Поэтому в последние годы магниты применяются
не только в машинах малой мощности, но и име-
ющих мощность сотни кВт. Это обусловливает
необходимость решения задач, связанных с про-
ектированием и изготовлением таких машин.
Постановка задачи. В статье рассмотрены
возможные решения задачи создания синхрон-
ных генераторов с возбуждением от постоянных
магнитов для ветроустановок. Один из основных
вопросов, которые возникают при проектирова-
нии генераторов для ветроустановок, – выпол-
нять их с мультипликаторами, или без них. Элек-
тромагнитный момент генератора определяется
отношением мощности генератора к угловой ча-
стоте вращения
э
P
М
(1)
Очевидно, что при увеличении частоты вра-
щения и заданной мощности электромагнитный
момент уменьшается.
Электромагнитный момент определяется
произведением объема ротора на удельные элек-
тромагнитные нагрузки
2( )э i a aМ A B D l (2)
где н
a
I N
A
D
– линейная нагрузка (А/м) (3)
нI – номинальный ток; N – число проводников в
обмотке; B – индукция в рабочем зазоре(Тл);
2
a aD l – объем ротора, (4)
mailto:renewable@ukr.net
mailto:renewable@ukr.net
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 56
где aD – диаметр ротора (м); al – активная длина
ротора (м).
Т. е. с увеличением частоты вращения масса
и габариты ротора, и машины в целом – умень-
шаются. Отличительная особенность генераторов
для ветроустановок – низкая частота вращения,
обусловленная геометрией самой установки.
Мощность генератора определяется мощно-
стью ветрового потока
3
2
S v k
P
(5)
при этом площадь ометаемой поверхности,
3
2 P
S
v k
(6)
где =1,3 кг/м3 – плотность воздуха; – скорость
ветра (м/с); 0,38 0,4k – КПД ветроколеса.
Диаметр ветроколеса
0,785
S
D (м) (7)
Частота вращения ветроколеса
z v
R
рад
с
(8)
где z – коэффициент быстроходности осевого
ветроколеса.
Как видно из (6), (7), (8) с ростом площади
ометаемой поверхности, увеличивается мощ-
ность установки, диаметр ветроколеса и при за-
данной скорости ветра уменьшается частота его
вращения.
В связи с этим при одинаковой скорости вет-
рового потока, например, – 8 м/с генератор мощ-
ностью 20 кВт имеет частоту вращения –
100 об/мин, а генератор мощностью 600 кВт –
14 об/мин, т.е., примерно, в 800 раз меньше, чем
в авиационных генераторах. Это обусловливает
большие габариты, массу, цену устройства.
Применение мультипликатора позволяет по-
высить частоту вращения генератора, уменьшить
его габариты, массу, но увеличиваются эти пара-
метры за счет мультипликатора, появляется
необходимость его обслуживания, но и возмож-
ность изготовления агрегата на базе серийных
асинхронных двигателей и мультипликаторов,
которых в Украине – достаточно. Серийные из-
делия отличаются оптимальными геометриче-
скими соотношениями, минимизированы по мас-
се, отличаются качеством изготовления, и, следо-
вательно, – надежностью. Переделка серийного
асинхронного двигателя в синхронный генератор
с возбуждением от постоянных магнитов не яв-
ляется сложной задачей и заключается только в
переделке его ротора. Для получения тех пара-
метров генераторы, которые указаны на двигате-
ле необходимо выполнить два условия: обеспе-
чить указанную частоту вращения и индукцию в
рабочем зазоре машины, примерно
0,72 – 0,8 Тл, как в серийных асинхронных дви-
гателях. Частота вращения обеспечивается необ-
ходимым по передаточному числу мультиплика-
тором, а указанная индукция – применением
магнитов NdFeB при несложной переделке рото-
ра машины (рис. 1): шихтованный пакет с бели-
чьей клеткой заменяется стальной болванкой из
магнитомягкой стали с гранями, количество и
размер которых соответствует числу полюсов
(магнитов). Число полюсов определяется по ука-
занной частоте вращения двигателя:
60f
p
n
(9)
где (50 60)f Гц – частота напряжения сети;
n – частота вращения двигателя (об/мин); p –
число пар полюсов.
Конструкция ротора может быть существен-
но упрощена при применении магнитов подково-
образной формы с отверстиями. В этом случае
отпадает необходимость фрезеровки граней на
болванке и изготовлении полюсных башмаков
(рис. 1). В серийных асинхронных двигателях
обмотка статора располагается в пазах, в этом
случае ограничением величины индукции в ра-
бочем зазоре является насыщение зубцовой зоны,
поэтому возможно применение простой магнит-
ной системы с радиальным расположением по-
люсов чередующейся полярности.
При изготовлении генератора целесообразно
использовать серийных двигатель необходимой
мощности с минимально возможной частотой
вращения – (750 – 1000) об/мин, т.к. эти машины
являются многополюсными – (8 – 6) полюсов
соответственно частоте вращения. Машины с
большим числом полюсов имеют меньшую тол-
щину спинки статора по условию насыщения,
поэтому меньше её масса, которая составляет до
25% от общей массы двигателя. Однако при низ-
кой частоте вращения требуется мультипликатор
с большим передаточным числом, увеличивается
его масса. Таким образом с ростом передаточно-
го числа мультипликатора уменьшается масса
требуемого двигателя, но увеличивается масса
мультипликатора. Масса двигателя и масса муль-
типликатора приблизительно пропорциональны
диаметрам корпусов машин, в результате мини-
мальная масса агрегата – двигатель – мультипли-
катор будет при определенном передаточном
числе мультипликатора и соизмеримых диамет-
рах корпусов машин.
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 57
Рис. 1. Конструкция магнитоэлектрического генератора: 1 – статор; 2 – ротор; 3 – постоянные магниты;
4 – полюсные наконечники; 5 –обмотка; 6 – вал.
Fig. 1. Design of permanent magnet generator: 1 – stator; 2 – rotor; 3 – permanent magnets;
4 – pole shoes; 5 – winging; 6 – shaft.
Другая постановка задачи проектирования
синхронных генераторов с возбуждением от по-
стоянных магнитов заключается в создании без-
редукторного генератора, т.к. в этом случае
упрощается конструкция агрегата в целом и от-
падает необходимость обслуживания редуктора
(мультипликатора). При решении этой задачи
могут быть использованы два подхода: создание
генератора на базе серийного асинхронного дви-
гателя; создание генератора оригинальной кон-
струкции. В обеих случаях предполагается нали-
чие производственной цепочки оборудования,
аналогичной применяемому на электротехниче-
ских заводах и соответствующих технологий, в
противном случае это – затратный и растянутый
во времени путь не гарантирующих качества
продукции. В Украине достаточно таких пред-
приятий, расположены они в Полтаве, Харькове,
Днепре, Каховке. Выпускаются машины малой
мощности (Полтава), машины широкого диапа-
зона мощностей (Харьков, Каховка). Причем в
Каховке есть завод «Крупных электрических ма-
шин», который изготавливает машины для «Газ-
прома», «Лукойла» мощностью до 4000 кВт; в
настоящее время на этом заводе идет изготовле-
ние оригинальной, безредукторной ветроустанов-
ки, в которой используется три синхронных гене-
ратора с возбуждением от постоянных магнитов
мощностью по 500 кВт каждый. Таким образом, в
Украине есть электротехнические заводы, на ко-
торых можно изготавливать синхронные генера-
торы для ветроустановок мощностью от десятков
Ватт до нескольких МВт. При создании безредук-
торного генератора на базе серийного двигателя
выбор соответствующей машины осуществляется
по требуемому электромагнитному моменту (1),
исходя из заданной мощности генератора и угло-
вой частоте вращения ветроколеса (7).
В институте ИВЭ были спроектированы и
изготовлены два генератора соизмеримой мощ-
ности с возбуждением от постоянных магнитов
NdFeB: на базе серийного асинхронного двигате-
ля 4АМУ160М6 («Южэлектромаш», Каховка),
серийного мультипликатора с передаточным
числом – 9,9 и синхронный генератор без муль-
типликатора оригинальной конструкции, бескор-
пусной, где корпусом является шихтованный па-
кет статора (рис.2) [1].
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 58
Рис. 2. Общий вид бескорпусного генератора с возбуждением от постоянных магнитов.
Fig. 2. General view of permanent magnet caseless generator.
Генераторы имеют следующие параметры:
генератор на базе двигателя 4АМУ160М6 – но-
минальная мощность – Рн = 15 кВт; частота вра-
щения – 1000нn об/мин; номинальный ток –
29,6 / 51,4нI А; напряжение – 380 / 220нU В;
К.П.Д.= 88,5% (на рис.1 показан ротор этого ге-
нератора); и безредукторный бескорпусной гене-
ратор (рис. 2) – номинальная мощность –
20нP кВт; 220фU В; частота вращения –
100нn об/мин; частота выходного напряжения
– 50f Гц. Бескорпусная конструкция позволя-
ет уменьшить массу генератора, упростить его
изготовление, снизить цену в сравнение с кор-
пусным вариантом.
Данный генератор был использован в ветро-
установке соответствующей мощности, которая
прошла испытания в течении 3х лет в Киевской
области (рис. 3).
Рис. 3. Экспериментальная ветроустановка с бескорпусным генератором.
Fig. 3. Experimental wind generator with caseless generator.
Близость мощностей генераторов (15 кВт) –
для агрегата с мультипликатором и без него –
20 кВт позволяет сделать сравнительную оценку
их параметров (табл. 1).
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 59
Табл. 1. Параметры синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов
на базе серийных асинхронных двигателей и синхронных генераторов оригинальной конструкции.
Tabl. 1. Parameters synchronons generators with excitation from PM
on the base synchronons generators original construction.
Тип генератора
нP фU фI n
фn f
гm мm кпD кпL кмD кмL k v
кВт В А об
мин
Гц кг кг мм мм мм мм м
с
На базе серийно-
го асинхронного
двигателя
4АМУ160М6
15 220 29,6 1000 3 50 160 100 340 590 350 360 9,9 8
Бескопрусной,
без мультипли-
катора
20 220 34,53 100 3 30 289 – 845 300 – – – 8
В таблице 1 приняты следующие обозначе-
ния: Рн– номинальная мощность; Uф – фазное
напряжение; Іф – фазный ток; n – частота враще-
ния; фn – число фаз; гm – масса генератора; мm
– масса мультипликатора; Dkn – диаметр корпуса
генератора; кпL – длина корпуса генератора; кмD
– диаметр корпуса мультипликатора; кмL – длина
корпуса мультипликатора; k – передаточное чис-
ло мультипликатора; v – скорость ветра.
Из табл. 1 следует, что при соизмеримых
мощностях суммарная масса генератора с муль-
типликатором сопоставима с массой бескорпус-
ного генератора без мультипликатора, но геомет-
рические размеры существенно отличаются: в
первом случае – диаметр генератора составляет –
340 мм; диаметр мультипликатора – 350 мм;
суммарный осевой размер генератора и мульти-
пликатора – 950 мм; во втором случае – диаметр
корпуса – 845 мм, длина корпуса – 300 мм, т.е.
осевой размер генератора существенно меньше.
Приняв за основу бескорпусную машину,
без мультипликатора был проведен расчет ряда
таких генераторов мощностью от 20 кВт до
2 МВт при скорости ветра – 8 м/с, ориентиру-
ясь на наиболее активные ветрозоны Украины
(4,5 – 5 м/с). Некоторые результаты расчетов
приведены в табл. 2.
Табл. 2. Расчеты синхронных генераторов оригинальной конструкции мощностью от 20 кВт до 2 мВт.
Tabl. 2. An original desing of caseless synchronons generators is presented and the numbers of calculation in a range of pow-
er from 20 kW to 2 mW is provided.
нP фU n f
кпD рD рL
кпL пмm гm zb пh шb
кВт В об
мин
Гц мм мм мм мм кг кг мм мм мм
20 220 100 30 835 700 200 300 29 289 10 25 3
50 220 50 50 1300 1200 350 454 99 650 6 28 3,5
120 220 32 50 1850 1700 520 616 215 1543 6 45 3
600 690 14 50 3500 3200 980 976 772 7731 6 56 3
2000 690 8 50 4700 4400 1400 1450 1712 21000 6,3 75 6
В таблице 2 приняты следующие обозначе-
ния: Dp – диаметр ротора; Lp – длина ротора;
mпм – масса постоянных магнитов; bz – ширина
зубца статора; hn – глубина паза; bш – ширина
щели между зубцами.
Как указывалось, увеличение мощности
установки сопровождается уменьшением частоты
вращения и при заданной частоте выходного
напряжения увеличивается число полюсов рото-
ра (8). Поэтому при принятом числе пазов на по-
люс и фазу, например – q = 1 происходит увели-
чение глубины пазов, а ширина зубцов – невели-
ка (табл. 2). Это может обусловить технологиче-
ские трудности изготовления пакета статора.
Увеличение мощности генератора при заданном
напряжении сопровождается ростом тока и сече-
ния провода, уменьшением числа витков в сек-
ции и необходимостью выполнения обмотки с
несколькими параллельным ветвями.
При проведении расчетов ряда ветрогенера-
торов (табл. 2) использовались работы [2-9].
Выводы. 1. Проведена оценка зависимости
параметров ветроустановки, генератора от скоро-
сти ветра.
2. Показана целесообразность использования
серийных асинхронных двигателей при создании
синхронных генераторов с возбуждением от пос-
тоянных магнитов для ветроустановок.
3. Даны рекомендации по выбору асинхрон-
ных двигателей и мультиприкаторов при созда-
ISSN 1819-8058 (Print)
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 60
нии синхронных генераторов с возбуждением от
постоянных магнитов.
4. Дана рекомендация по выбору асинхрон-
ного двигателя при создании на его базе безре-
дукторного синхронного генератора.
5. Определена оригинальная конструкция
безредукторного бескорпусного синхронного ге-
нератора для ветроустановки.
6. Приведены некоторые результаты расче-
тов ряда безредукторных, бескорпусных генера-
торов с возбуждением от постоянных магнитов
мощностью от 20 кВт до 2 МВт, дана оценка ха-
рактера изменения геометрических размеров зу-
бцовой зоны статоров в этих генераторах.
1. Кудря С.О., Перминов Ю.М., Коханевич В.П. Патент
на винахід № 106673. Україна. МПК H02K 16/00. H02K
21/22. Вітроелектрична установка модульної конструкції. №
а 2013 01473. заял. 07.02.13. опубл. 25.09.14, Бюл. №9.
2. Перминов Ю.Н., Конахевич В.П., Шихайлов Н.А., Пе-
рминова С.Ю. Определение параметров и основных разме-
ров генераторов для приливных электростанций малой мо-
щности (до 1000 кВт). Відновлювальна енергетика. 2017
№3. С. 66–72.
3. Кудря С.А., Перминов Ю.М. Оптимизация системы
возбуждения электрических машин. Возобновляемая энер-
гетика. 2012. №4. C. 57-62.
4. Кудря С.А., Перминов Ю.Н., Будьонный В.Ф. Дослі-
дження магнітних систем збудження синхронних вітрогене-
раторів. Відновлювальна енергетика. 2007. №2. С. 55-59.
5. Перминов Ю.Н., Коханєвич В.В., Монахов Є.А. Ра-
зработка методики расчета теплогенератора с постоянным
магнитами. Відновлювальна енергетика. 2017. №1. С.56-61.
6. Кудря С.А., Перминов Ю.Н. О методах расчета маг-
нитных систем с постоянными магнитами. Відновлювальна
енергетика. 2009. №4. С. 40-43.
7. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Элект-
рические машины с постоянными магнитами. М. Энергия.
1964. 208 с.
8. Арнольд Р.Р. Расчет и проектирование магнитных си-
стем с постоянными магнитами. М. Энергия. 1969. 260 с.
9. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей.
М. Энергия 1964. 154 с.
REFERENCES
1. Kudrya S.O., Perminov Yu.M., Kokhanevich V.P. Patent
Ukraine № 106673. IPC H02K 16/00. H02K 21/22. Wind-
electric modular set. № а 2013 01473. stated. 07.02.13. pub-
lished 25.09.14. Bul. № 9. [in Ukrainian].
2. Perminov Yu., Kohanevich V., Shihaylov N., Perminova
S. Opredelenie parametrov i osnovnyih razmerov generatorov
dlya prilivnyih elektrostantsiy maloy moschnosti (do 1000 kVt).
[Determination of parameters and basic dimensions of the gener-
ator of low power tidal plants (up to 1000 kW)]. Vidnovluvana
energetika. 2017. No.3. Pp. 66-72. [in Russian].
3. Kudrya S., Perminov Yu. Optimizaciya system
vozbuzhdeniya elektricheskikh maschin. [The optimization of
excitation system of electric machines]. Vozobnovlyaemaya ener-
getika. [Renewable energy]. 2012. No. 3. Pp. 57-62. [in Russian].
4. Kudrya S., Perminov Yu., Budioniy V. Doslidzhenya
magnitnikh system zbudzhennya sinkhronikh vitrogeneratoriv.
[The research on magnetic excitation systems of synchronous
windgenerator]. Vidnovluvana energetika. 2007. No. 2. Pp. 55-
59. [in Russian].
5. Perminov Yu., Kohanevich V., Monakhov E. Razrabotka
metodiki rascheta teplogeneratora s postoyanimi magnitami.
[The development of design calculation methodic of heat-
generator with permanent magnets]. Vidnovluvana Energetyka.
2017. No.1. Pp. 56-61. [in Russian].
6. Kudrya S., Perminov Yu. O metodakh rascheta magnitnikh
system s postoyanimi magnitami. [About calculation mathods of
the magnetic systems with permanent magnets]. Vidnovluvana
Energetika. 2009 No.4. Pp. 40-43. [in Russian].
7. Balagurov V., Galteev F., Larionov A. Elekticheskie
mashini s postoyanimi magnitami. [Permanent magnet ma-
chines]. Moscow. Russia. Eneriya. 1964. 208 p. [in Russian].
8. Arnold R. Rashet i proektirovanie magnitnikh system s
postoyanimi magnitami. [Calculation and design the magnetic
systems with permanent magnets]. Moscow. Russia. Energiya.
1969. 260 p. [in Russian].
9. Bul B. Osnovi teorii I rascheta magnitnikh cepej. [Basics
of theory and calculation of magnetic circuits]. Moscow. Russia.
Energiya. 1964. 154 p. [in Russian].
ПОРІВНЯННЯ ВАРІАНТІВ КОНСТРУКЦІЙ
СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ ЗІ ЗБУДЖЕННЯМ ВІД
ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК
Ю.Н. Перминов1, канд.техн.наук, Є.А. Монахов2
1Інститут відновлюваної енергетики НАН України,
02094, м. Киев, вул. Гната Хоткевича, 20А
2Національний технічний університет України «Київський
політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»,
03059, м. Киев, пр. Перемоги, 37
У статті показана доцільність використання серійних аси-
нхронних двигунів при створенні синхронних генераторів зі
збудженням від постійних. По результатам розрахунків
надані рекомендації щодо вибору асинхронних двигунів та
відповідних мультиплікаторів при виготовленні синхронних
генераторів зі збудженням від високоенергетичних рідкозе-
мельних постійних магнітів неодим – залізо – бор (NdFeB).
Застосування мультиплікатора дозволяє підвищити час-
тоту обертання генератора, зменшити його габарити,
масу, однак це викликає збільшення загальної маси установ-
ки за рахунок застосування мультиплікатора. Серійні виро-
би мають оптимальні геометричні співвідношення, мінімі-
зовані по масі, мають високу якість виготовлення, і, відпо-
відно – надійність. У роботі запропонована оригінальна
конструкція бескорпусного безредукторного синхронного
магнітоелектричного генератора для вітроустановок та
приведені деякі результати розрахунків ряду генераторів на
базі цієї конструкції потужністю від 20 кВт до 2 МВт, а
також надана оцінка характеру зміні геометричних розмі-
рів зубцевої зони статорів цих генераторів, котра дозволяє
оцінювати технологічність їх виконання. Для зниження
масо-габаритних показників був запропонований, розробле-
ний, виготовлений та випробуваний бескорпусной безредук-
торний синхронний генератор зі збудженням від постійних
магнітів потужністю 20 кВт. Також в роботі представле-
ні деякі результати розрахунків редукторної і безредуктро-
ної компоновки вітроустановки для їх подальшої оцінки,
враховуючи габарити та масу активних матеріалів, в тому
числі рідкоземельних постійних магнітів, ціна котрих є най-
більшою. Бібл. 9, табл.. 2, рис. 3.
Ключові слова: асинхронні двигуни; синхронні генератори;
мультиплікатори; бескорпусний; постійні магніти; вітроу-
становки.
Стаття надійшла до редакції 31.01.19
Остаточна версія 07.06.19
|
| id | veorgua-article-202 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:05:12Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/32/daf638187d0bc377b517954221c93232.pdf |
| spelling | veorgua-article-2022026-07-18T06:32:13Z DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК Permynov, Y. Monakhov, E. asynchronous motor, synchronous generator, speed multiplier, caseless, permanent magnet, wind turbine. асинхронные двигатели; синхронные генераторы; мультипликаторы; бескорпусной; постоянные магниты; ветроустанов-ка. The article points out the expediency of usage the asynchronous motor for re-design them into synchronous generator with permanent magnet excitation. According to the calculation results there are given some recommendations in questions such as choice of the asynchronous motor and its corresponding speed multiplier for manufacturing synchronous generator with excitation of high-energy rare-earth permanent magnets neodymium – iron – boron (NdFeB). Application of speed multiplier allow to increase rotation speed of generator, decrease its dimensions and mass, but it causes increasing the general mass of set due to installation of speed multiplier. Serial industrial products have optimal geometrical ratios, minimized by weight, have high quality of manufacturing and, consequently – are reliable. An original design of caseless gearless synchronous permanent magnet generator for wind turbine is presented and a number of calculations in a range of power since 20 kW till 2 MW is provided. An evaluation of geometric changes in tooth zone of stator in these generators are given that allows to estimate its manufacturability. For declining the weight and size indicators the caseless gearless synchronous permanent magnet generator was proposed, designed, made and tested. The power of generator is 20 kW. Also there are given some results of calculation of gear and gearless windturbine for its further estimation, taking into account its dimensions and mass of active materials, including rare-earth permanent magnets, the price of which is the most. References 9, tabl. 2, figures 3. В статье показана целесообразность использования серийных асинхронных двигателей при создании синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. По результатам расчетов даны рекомендации по выбору асинхронных двигателей и соответствующих мультипликаторов при изготовлении синхронных генераторов с возбуждением от высокоэнергетических редкоземельных постоянных магнитов неодим – железо – бор (NdFeB). Применение мультипликатора позволяет повысить частоту вращения генератора, уменьшить его габариты, массу, однако это вызывает увеличение общей массы установки за счет применения мультипликатора. Серийные изделия отличаются оптимальными геометрическими соотношениями, минимизированы по массе, отличаются качеством изготовления, и, следовательно, – надежностью. В работе предложена оригинальная конструкция бескорпусного, безредукторного синхронного магнитоэлектрического генератора для ветроустановок и приведены некоторые результаты расчетов ряда генераторов на базе этой конструкции мощностью от 20 кВт до 2 МВт, а также дана оценка характера изменения геометрических размеров зубцовой зоны статоров в этих генераторах, которая позволяет оценить технологичность их изготовления. Для снижения массо-габаритных показателей был предложен, разработан, изготовлен и испытан бескорпусной безредукторный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов мощностью 20 кВт. Также в работе представлены некоторые результаты расчетов редукторной и безредукторной компоновки ветроустановки для их последующей оценки, учитывая габариты и массу активных материалов, в том числе редкоземельных постоянных магнитов, цена которых является наибольшей.   Библ. 9, табл. 2, рис. 3. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019-06-13 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/202 10.36296/1819-8058.2019.2(57).54-60 Vidnovluvana energetika ; No. 2(57) (2019): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 54-60 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2(57) (2019): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 54-60 Відновлювана енергетика; № 2(57) (2019): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 54-60 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2019.2(57) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/202/140 Copyright (c) 2019 Y. Permynov, E. Monakhov https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | asynchronous motor synchronous generator speed multiplier caseless permanent magnet wind turbine. Permynov, Y. Monakhov, E. DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES |
| title | DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES |
| title_alt | СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК |
| title_full | DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES |
| title_fullStr | DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES |
| title_full_unstemmed | DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES |
| title_short | DESIGN COMPARISON OF SYNCHRONOUS PERMANENT MAGNET GENERATOR FOR WIND TURBINES |
| title_sort | design comparison of synchronous permanent magnet generator for wind turbines |
| topic | asynchronous motor synchronous generator speed multiplier caseless permanent magnet wind turbine. |
| topic_facet | asynchronous motor synchronous generator speed multiplier caseless permanent magnet wind turbine. асинхронные двигатели синхронные генераторы мультипликаторы бескорпусной постоянные магниты ветроустанов-ка. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/202 |
| work_keys_str_mv | AT permynovy designcomparisonofsynchronouspermanentmagnetgeneratorforwindturbines AT monakhove designcomparisonofsynchronouspermanentmagnetgeneratorforwindturbines AT permynovy sravnenievariantovkonstrukcijsinhronnyhgeneratorovsvozbuždeniemotpostoânnyhmagnitovdlâvetroustanovok AT monakhove sravnenievariantovkonstrukcijsinhronnyhgeneratorovsvozbuždeniemotpostoânnyhmagnitovdlâvetroustanovok |