Для ветроустановок малой мощности

Объект исследования: создание специальных безредукторных многополюсных конструкторов для повышения эффективности работы ветроэнергетических установок.

Результаты, полученные лично автором: анализ существующих разработок малооборотных машин, в том числе конструкции бесконтактного многополюсного генератора.

Ветрогенераторы приводятся в движение энергией ветра. Они состоят из нескольких узлов и основное это ветроколесо и генератор. Генератор с ветроколесом может быть соединён напрямую и тогда обороты ветроколеса и генератора будут одинаковые, или может быть установлен редуктор для повышения оборотов генератора. В небольших ветряках обороты генератора не стабилизируют. Для стабильности работы ветроэлектростанции используют аккумуляторы. Для зарядки аккумуляторов между ветряком и АКБ (аккумуляторная батарея) ставится контроллер, который следит за зарядкой АКБ. Ветрогенератор с контроллером выступает в роли зарядного устройства для блока аккумуляторов, а сама энергия берётся именно из аккумуляторов, а не от ветряка. Но в аккумуляторах постоянное низкое напряжение 12/24/48 вольт, а для обеспечения дома нужны 230 вольт, поэтому устанавливается инвертор, который преобразует постоянное напряжение в переменное 220 вольт.

Анализ существующих разработок малооборотных машин позволяет выделить два основных подхода к решению поставленной задачи:

- уменьшение углового размера полюсного деления за счет применения магнитоэлектрической системы возбуждения;

- повышение относительной частоты вращения активных частей машины (биротативные конструкции), где также предполагается использование постоянных магнитов.

Применение магнитоэлектрической системы обладает рядом преимуществ:

• Во-первых, это отсутствие узла скользящих контактов, что значительно повышает долговечность и надежность работы генератора.

• Во-вторых, безобмоточная конструкция ротора более проста в изготовлении и как следствие обладает большей надежностью.

• В-третьих, исключение электрических потерь "на возбуждение" повышает КПД генератора.

Недостатком магнитоэлектрической системы возбуждения является невозможность регулировки величины потока возбуждения, т.к. требуется применение высококоэрцитивных магнитов.

Рассмотрим многополюсный генератор коммутаторного типа. В нем имеется неподвижная обмотка возбуждения, что позволяет снизить размер полюсного деления и делает машину бесконтактной. Для изменения потока в воздушном зазоре применяется принцип коммутации потока возбуждения.

Статор генератора состоит из трех блоков: центрального и двух крайних, отделенных от него через воздушные зазоры дисками ротора. Центральный блок является системой возбуждения генератора и содержит сосредоточенную обмотку с двумя группами пакетов магнитопровода. Якорь состоит из двух магнитно- и электрически симметричных частей, содержащих сосредоточенную обмотку и пакеты магнитопровода. Ротор генератора состоит из вала и двух немагнитных дисков. Каждый из дисков имеет пакеты магнитопровода двух разных направлений. Особенностями конструкции является аксиальное направление потока возбуждения в воздушном зазоре, сосредоточенный тип обмоток якоря и возбуждения и распределенный тип магнитной системы.

При угловом положении ротора 0 эл. град. постоянный магнитный поток образует одновременно два контура. Первый контур соответствует стороне правого роторного диска, замыкаясь через "сквозные” пакеты, охватывает левую обмотку якоря W_a1 обеспечивая тем самым максимальное значение взаимного потокосцепления обмотки возбуждения с обмоткой правой части якоря . Второй контур потока возбуждения замыкается сам на себя, минуя правую обмотку якоря W_aII в результате действия шунтирующих пакетов. Поток реакции этой части якоря также шунтируется пакетами ротора. Таким образом, взаимное потокосцепление , обмотки возбуждения W_f и правой обмотки якоря W_aII равно нулю благодаря действию пакетов.

Когда угловое положение ротора равно 180 эл. град потоки возбуждения , на стороне правого диска и реакции левой части якоря шунтируются полюсами диска и их взаимное потокосцепление становится равным нулю. Контур потока возбуждения замыкается через сквозные полюса диска и взаимное потокосцепление , обмотки возбуждения W_f и правой обмотки якоря W_aII возрастает до максимального значения.

Таким образом, эффект шунтирования позволяет повысить коэффициент использования потока возбуждения до 0,5.

Изменение собственной индуктивности обмотки якоря генератора L_aI, происходит в противофазе изменению взаимной индуктивности. Электромагнитные процессы, происходящие в правой и левой частях генератора идентичны, но имеют друг относительно друга фазовый сдвиг на 180 эл. град.

Материал поступил в редколлегию 11.04.2017

УДК 621.3

А.Р. Проконина, М.Г. Парфёнова

Научный руководитель: доцент кафедры «Промышленная электроника и электротехника», к.т.н., В.П. Маклаков

[email protected], [email protected]