Конструкция и моделирование бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами
Эффективные тихоходные генераторы для нужд малой энергетики с использованием возобновляемых источников энергии. Ветроэнергетические установки, основанные на магнитные системы с высококоэрцитивными магнитами из сплавов, содержащих редкоземельные металлы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Конструкция и моделирование бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами
А.А. Татевосян, В.В. Фокина
Аннотация
Приведенное в статье исследование посвящено созданию и моделированию энергоэффективных тихоходных генераторов для нужд малой энергетики с использованием возобновляемых источников энергии. Современное развитие промышленности связано с неуклонным ростом потребления электрической энергии, что обуславливает необходимость повышения удельной мощности системы генерирования электроэнергии. Наметившейся тенденции в полной мере отвечает решение о применении ветроэнергетических установок основанных на применении магнитных систем с высококоэрцитивными магнитами, выполненных из сплавов содержащих редкоземельные металлы. Однако низкая скорость вращения ветроколеса существенно ограничивает область применения электрических машин ввиду малой генерируемой мощности. Неуниверсальность магнитоэлектрической машины, сложность теории и расчета, а также неоднозначность конструктивного исполнения остро ставят задачи, связанные с рациональным выбором конструктивных схем электромеханических преобразователей энергии, повышающих мощность при заданных массогабаритных показателях.
Ключевые слова: генератор, магнитное поле, постоянные магниты, ветроэнергетика, магнитная система, обмотка.
Основное содержание исследования
Из обзора методов исследования тихоходных генераторов, входящих в состав энергетических установок, следует, что разрабатываемый тип магнитоэлектрического генератора для моделирования сложных процессов представляет собой составной объект, состоящий из отдельных подсистем, объединенных в одно целое определенными принципами и отношениями, поэтому задача разработки и исследования указанной машины требует комплексного подхода решения: от задачи оптимизации магнитной системы привода, удовлетворяющей выбранному критерию оптимальности, до построения математических моделей отдельных подсистем и электроустановки в целом, с последующим расчетом его внешней характеристики и рекомендации по проектированию.
При использовании в конструкции бесколлекторного генератора постоянных магнитов, имеющих коэрцитивную силу больше 700 кА/м, актуальным является поиск технологичной конструкции магнитной системы, обеспечивающей при значительных тяговых усилиях фиксацию электромагнитов на неподвижном статоре с возможностью регулирования положения электромагнитов с целью изменения межполюсного зазора между подковообразными магнитопроводами статора и закрепленными на роторе постоянных магнитов. Кроме этого, результаты исследования показывают, что можно использовать постоянные магниты любой формы полюса, так как определяющим фактором является только площадь полюса, расположенного под электромагнитом, например, можно использовать круглую форму полюса постоянного магнита, что повышает технологичность не только исполнения постоянного магнита, но и сборки бесколлекторного синхронного генератора [1].
Предложен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами. Постоянные магниты закреплены на роторе таким образом, что образуют два ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты ориентированы поперек названных рядов полюсов, так что каждая из катушек электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора. Количество полюсов в одном ряду, равное n удовлетворяет соотношению n=6+2k, где k - целое число, принимающее значение 0, 1, 2, 3 и т.д. Количество электромагнитов в генераторе, как правило, не меньше n+2, причем, с целью уменьшения момента строгания ротора относительно неподвижного статора число полюсов электромагнитов статора не должно быть кратно числу полюсов n ротора (например, при n=6, число электромагнитов не должно быть равно 12, 18, 24 и т.д.).
а) б)
Рис.1. Бесколлекторный магнитоэлектрический генератор:
а - конструкция, б - результаты моделирования
Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами состоит из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов 1, статор 2, несущий четное число подковообразных электромагнитов 3, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки 4, (рис. 12 не показано), постоянные магниты 1 закреплены таким образом, что образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты сориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из катушек электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора, количество полюсов в одном ряду, равное n, согласно предложенному техническому решению, статор 2 выполнен из магнитопроводящего или из не магнитопроводящего материала, в котором выполнены прорези 5 для установки в них подковообразных электромагнитов 3 (например, П-образных), электромагниты выполнены шихтованными и закреплены на статоре при помощи скоб 6 и накладок 7 охватывающих каждый электромагнит, форма полюса постоянного магнита 1 может быть любой, определяющим фактором является площадь полюса под подковообразным магнитопроводом. Постоянные магниты размещены в стаканах 9, снабженными крышками 10, которые закреплены с двух сторон стакана 9, таким образом, что они закрывают постоянный магнит 1 внутри стакана 9, стаканы установлены в пазы 11 на основании 12 из магнитопроводящего или немагнитопроводящего материала. Основание 12 зафиксировано дисками 13, образующих вместе с установленными на основании 12 стаканами 9, постоянными магнитами 1, пластинами 16 и крышками 10 одну секцию 14, располагаемую на валу 15 бесколлекторного генератора.
Результаты моделирования (рис.2) подтверждают возможность размещения электромагнитов 3 внутри прорезей 5 магнитопроводящего статора 2 при отсутствии магнитного потока внутри статора, что позволяет делать магнитопровоядщий статор цельным (т.е. не шихтованным), не оказывающим влияние на рабочий магнитный поток внутри шихтованных электромагнитов 3 (рис.1, б).
ветроэнергетическая установка постоянный магнит
Рис.2. Результаты моделирования магнитного поля бесколлекторного магнитоэлектрического генератора
На рис.3 представлена схема, в которой синхронный бесколлекторный магнитоэлектрический генератор является частью асинхронного электропривода.
Рис.3. Испытательный стенд для исследования характеристик синхронной бесколлекторной магнитоэлектрической машины
На рис.3 составными частями схемы являются: 1 - блок с коммутационными аппаратами; 2, 3 - измерительные трансформаторы тока; 4 - преобразователь частоты для регулирования скорости вращения ротора асинхронного двигателя; 5 - асинхронный двигатель; 6 - трехфазный делитель напряжения; 7 - синхронный бесколлекторный магнитоэлектрический генератор; 8 - выпрямитель; 9 - нагрузочное сопротивление.
Полученное на выводах устройства для выпрямления электрического тока напряжение может быть использовано, например, для зарядки аккумуляторной батареи с последующим преобразованием в переменное напряжение с заданными параметрами амплитуды и частоты.
На конструкцию рассматриваемого в статье бесколлекторного синхронного магнитоэлектрического генератора получено положительное решение о выдачи патента на изобретение [2].
Библиографический список
1. Татевосян, А.А. Расчет индуктированной ЭДС в витке при относительном движении постоянного магнита с различной формы поперечного сечения / А.А. Татевосян, Б.И. Огорелков, А.С. Татевосян // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2014. - № 3 (133). - С.179-183.
2. Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами: заявка 2014140005/07 Российская Федерация: МПК Н 02 К 23/04/Татевосян, А.А., Татевосян А.С.; заявитель Омский государственный технический университет; приоритет 02.10.14.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Динамика развития возобновляемых источников энергии в мире и России. Ветроэнергетика как отрасль энергетики. Устройство ветрогенератора - установки для преобразования кинетической энергии ветрового потока. Перспективы развития ветроэнергетики в России.
реферат [3,4 M], добавлен 04.06.2015Общие понятия и определения в математическом моделировании. Основные допущения при составлении математической модели синхронного генератора. Математическая модель синхронного генератора в фазных координатах. Реализация модели синхронного генератора.
дипломная работа [339,2 K], добавлен 05.10.2008Применение нетрадиционной энергетики в строительстве энергоавтономных экодомов. Четыре альтернативные системы получения энергии: установка "солнечных батарей" из фотоэлектрических панелей; солнечные коллекторы; ветроэнергетические установки и миниГЭС.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 31.05.2013Создание институциональной базы в арабских странах. Инвестиционные возможности для развития возобновляемой энергетики. Стратегическое планирование развития возобновляемых источников энергии стран Ближнего Востока. Стратегии развития ядерной энергии.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 08.01.2017Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, технологии их освоения. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 г. Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской обл.
реферат [3,1 M], добавлен 27.02.2010Конструкция синхронного генератора и приводного двигателя. Приведение генератора в состояние синхронизации. Способ точной синхронизации. Процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа. Порядок следования фаз генератора.
лабораторная работа [61,0 K], добавлен 23.04.2012Двигатели с независимым и с параллельным возбуждением и с постоянными магнитами. Скоростные и механические характеристики. Свойство саморегулирования вращающего момента в соответствии с противодействующим моментом. Способы регулирования частоты вращения.
контрольная работа [262,8 K], добавлен 25.07.2013Анализ работы системы управления для электроусилителя руля легкового автомобиля на базе вентильного двигателя с постоянными магнитами. Построение структурной схемы программы. Компоновка принципиальной электрической схемы. Построение диаграммы управления.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.09.2012Система управления с шаговыми двигателями, контроллер шагового двигателя. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением. Двигатели с постоянными магнитами. Гибридные двигатели. Биполярные и униполярные модификации. Режимы работы и питание обмоток.
лекция [1,5 M], добавлен 20.11.2010Изучение опыта использования возобновляемых источников энергии в разных странах. Анализ перспектив их массового использования в РФ. Основные преимущества возобновляемых альтернативных энергоносителей. Технические характеристики основных типов генераторов.
реферат [536,4 K], добавлен 07.05.2009Изучение истории рождения энергетики. Использование электрической энергии в промышленности, на транспорте, в быту, в сельском хозяйстве. Основные единицы ее измерения выработки и потребления. Применение нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
презентация [2,4 M], добавлен 22.12.2014Перечень имеющейся установленной мощности, силового и осветительного оборудования по объектам пансионата. Проект по внедрению автономного энергоснабжения с использованием фото-ветро установки, пассивной солнечной системы и гелиосистемы. Расчет мощностей.
дипломная работа [353,4 K], добавлен 25.11.2010Шаговые двигатели - разновидность бесколлекторных двигателей. Их основные типы: с переменным магнитным сопротивлением, с постоянными магнитами, гибридные. Варианты исполнения обмоток двигателя. Режимы и способы управления им, особенности использования.
реферат [672,0 K], добавлен 18.02.2013Преимущества использования вечных, возобновляемых источников энергии – текущей воды и ветра, океанских приливов, тепла земных недр, Солнца. Получение электроэнергии из мусора. Будущее водородной энергетики, минусы использования ее в качестве топлива.
реферат [28,3 K], добавлен 10.11.2014Свойства и характеристики синхронного генератора. Потеря энергии при преобразовании в синхронном генераторе механической энергии в электрическую. Устойчивость и увеличение перегрузочной способности генератора. Особенности параллельной работы генератора.
реферат [206,4 K], добавлен 14.10.2010Строительство и реконструкция малых ГЭС. Использование энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности. Малая гидроэнергетика как один из конкурентоспособных возобновляемых источников энергии.
реферат [69,0 K], добавлен 11.10.2014Оценка состояния энергетической системы Казахстана, вырабатывающей электроэнергию с использованием угля, газа и энергии рек, и потенциала ветровой и солнечной энергии на территории республики. Изучение технологии комбинированной возобновляемой энергетики.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 24.06.2015Обоснование целесообразности использования энергосберегающих электроприводов с частотным регулированием. Методы оценок энергетических характеристик вентильных двигателей на постоянных магнитах. Расчет потребляемой мощности из сети асинхронного двигателя.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 19.05.2019Параллельная работа синхронного генератора с сетью, регулирование его активной и реактивной мощности. Построение векторных диаграмм при различных режимах нагрузки. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа.
контрольная работа [92,0 K], добавлен 07.06.2012Преобразованная энергия солнечного излучения. Потенциал и перспектива использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Выработка электроэнергии с помощью ветра. Ветроэнергетика в Украине. Развитие нетрадиционной энергетики Крыма.
реферат [677,3 K], добавлен 20.01.2011
