Синхронный генератор с постоянными магнитами: Устройство синхронных генераторов с постоянными магнитами | RuAut — Мир Антенн

Содержание

Устройство синхронных генераторов с постоянными магнитами | RuAut

Постоянные магниты — это изделия определенной формы (диск, кольцо, подкова, призма, стержень) из предварительно намагниченного магнитотвердого материала. Постоянные магниты способны сохранять длительное время значительную остаточную магнитную индукцию, находясь вне намагничивающего магнитного поля. Постоянные магниты намагничиваются до состояния магнитного насыщения в сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и даже сотни тысяч А/м. При этом циклы намагничивания повторяются несколько раз. Постоянные магниты характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы и остаточной магнитной индукции. К постоянным магнитам, применяемым в электрических машинах, помимо общих требований, характеризующих магнитные свойства, предъявляются требования стойкости к температурным воздействиям и вибрациям, которым подвержены электрические машины.

В настоящее время в электрических машинах малой мощности магнитоэлектрического возбуждения применяют постоянные магниты:

металлокерамические, полученные путем прессования и спекания порошков магнитотвердых сплавов на основе железо-алюминий-никель-кобальта, магнитные свойства таких магнитов ниже, чем у литых, но они обладают высокой механической прочностью и не требуют механической обработки;
оксидные, изготовляемые из порошков ферритов бария и стронция методом прессования и спекания; недостатком ферритовых магнитов является их подверженность температурным воздействиям;
на основе соединений кобальта с редкоземельными элементами, превосходя другие постоянные магниты по своим свойствам, они имеют сравнительно высокую стоимость и сложную технологию изготовления;
на основе неодима-железа-бора, которые являются менее дорогостоящими и менее подверженными образованию сколов и трещин, но они имеют невысокую температурную стабильность.

В электрических машинах весьма малой мощности (миниатюрных) иногда используют тонкие пленки, получаемые методом напыления магнитотвердого материала на рабочую поверхность. В синхронных магнитоэлектрических генераторах применяют постоянные магниты следующих форм.

при весьма малой мощности используют постоянный магнит «звездочка» 2, напрессованный на вал 1.
при несколько большей мощности применяют ротор с когтеобразными полюсами 3 и постоянным магнитом 2 в виде полого цилиндра. Когтеобразные полюсы и постоянный магнит закреплены на валу через немагнитную втулку 4. Система когтеобразных полюсов защищает постоянный мaгнит от размагничивающего воздействия ударного тока при внезапном коротком замыкании генератора. Недостаток роторов с когтеобразными полюсами небольшой объем, занимаемый постоянным магнитом. Этот недостаток устраняется применением двух цилиндрических магнитов при сдвоенной когтеобразной конструкции ротора.
при еще большей мощности синхронного генератора целесообразно использовать ротор из набора призматических постоянных магнитов. Такой ротор содержит несколько постоянных магнитов призматической формы, расположенных радиально.

Своими внутренними торцами эти магниты примыкают к немагнитной втулке, а наружными торцами они примыкают к сварному цилиндру, состоящему из полюсных наконечников и немагнитных вставок (для предотвращения замыкания магнитного потока постоянных магнитов в этом цилиндре). В пазах цилиндра на участках между немагнитными вставками, являющимися полюсными наконечниками располагают короткозамкнутую успокоительную (демпферную) обмотку. Эта обмотка выполняет двоякую роль: она устраняет возможные качания ротора относительно статора и в то же время защищает постоянные магниты от размагничивающего воздействия токов, вызванных нестабильными режимами работы генератора.

Источник: Кацмап М М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТОВ МАЛЫХ ГЭС С ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫМИ СИНХРОННЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ | Мустафаев

1. Глазырин, М. В. Перспективы применения генераторных комплексов на основе машины двойного питания для малых ГЭС / М. В. Глазырин, Р. Х. Диеров // Изв. вузов. Электромеханика. 2012. № 6. С. 78.

2. Моделирование и исследование режимов работы гидроагрегатов малых ГЭС с машинами двойного питания / Р. И. Мустафаев [и др.] // Изв. вузов. Электромеханика. 2015. № 6. С. 59-66.

3. Режим доступа: www.rea. org. на /dieret /Hydro/ hydro htm1//

4. О результатах мониторинга потерь электрической энергии в распределительной электрической сети / А. Б. Баламетов [и др.]. Проблемы энергетики. 2007. № 3. С. 111.

5. Кривченко, Г. И. Гидравлические машины (турбины и насосы) / Г. И. Кривченко. М.: Энергия, 1978. 320 с.

6. Эдель, Ю. У. Ковшовые гидротурбины / Ю. У. Эдель. М-Л.: Машгиз, 1968, 210 с.

7. Эпштейн, Р. М., Система регулирования гидроагрегатом / Р. М. Эпштейн, Б. Е. Митрофанов, М. Я. Руденский. М.: Энергия, 1968. 189 с.

8. Кривченко, Г. И. Автоматическое регулирование гидротурбин / Г. И. Кривченко. М.: Энергия, 1964. 286 с.

9. Мустафаев, Р. И. Моделирование и исследование режимов работы синхронных генераторов ветроэлектрических установок при частотном управлении / Р. И. Мустафаев, Л. Г. Гасанова. Электричество. 2010. № 7. С. 34-40.

10. Мустафаев, Р. И. Универсальная структура математической модели управляемых электрических машин переменного тока / Р. И. Мустафаев, Л. Г. Гасанова. Электричество. 2015. № 2. С. 40-48.

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВКИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Бубенчиков А.А.¹, Дайчман Р.А.², Артамонова Е.Ю.

2, Бубенчикова Т.В.², Гафаров А.А.³, Гаибов И.А.³

¹Кандидат технических наук, ²Ассистент кафедры ЭсПП, ³Студент, Омский государственный технический университет

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВКИ

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы применения различных типов генераторов для ветроустановок, выделены положительные и отрицательные стороны применения синхронного генератора на постоянных магнитах и асинхронного генератора.

Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, синхронный генератор на постоянных магнитах, асинхронный генератор, асинхронизированный синхронный генератор.

Bubenchikov A.A. ¹

, Daychman R.A. ², Artamonova E.Y. ², Bubenchikova T.V. ², Gafarov A.A.³, Gaibov I.A.³

¹ PhD in Engineering, ²Assistant of ESPP Department of Omsk State Technical University, ³Student of Omsk State Technical University

CHOICE OF THE OPTIMUM GENERATOR FOR THE WIND TURBINE

Abstract

In article questions of application of various types of generators for wind turbines are considered, positive and negative sides of use of the synchronous generator on permanent magnets and the asynchronous generator are allocated.

Keywords: wind turbine, the synchronous generator on permanent magnets, asynchronous generator, asynchronized synchronous generator.

Применение нетрадиционных и альтернативных источников энергии в настоящее время одна из наиболее распространенных задач, как с точки зрения создания энергоресурсов, так и с точки зрения их потребления.

Особенный интерес к таким источникам энергии исходит от населения, находящегося в зонах, отдаленных от центрального электроснабжения, другими словами в зонах без электрификации. Энергию, получаемую при работе альтернативных источников энергии можно использовать как для постоянного энергоснабжения, так и для резервного энергоснабжения, что особенно удобно для коттеджных поселков, небольших населенных пунктов или стратегических объектов.

Россия является одной из стран, обладающих большим энергопотенциалом, в том числе и энергией ветра. Применение энергии ветра в последнее время находит всё большее распространение, как в работах отечественных ученых, так и в разработках зарубежных изобретателей.

За рубежом наибольшее признание получили ветроэнергетические установки с горизонтальной осью ротора, рис.1.

Рис. 1 – Ветроустановка с горизонтальной осью ротора

Такой тип ветроэнергетических установок работают по принципу ветряной мельницы, и имеет максимальное значение коэффициента использования энергии ветра 0,45 [1]. Ветроустановки с горизонтальной осью ротора, нуждаются в настройке на направление ветра, т.е. в регулировании геометрии лопастей.

Ветроустановки с вертикальным расположением оси, рис.2, имеют меньшее значение коэффициента использования, но в регулировании не нуждаются. Наиболее распространенными конструкциями роторов для ветроустановок с вертикальной осью вращения являются ротор Дарье, рис.2а [2] и ротор типа Савониуса, рис.2б [3]. Данный тип ветроустановок наиболее применим в условиях городской среды в виду отсутствия шумов при работе. Так же данные установки работают при меньших скоростях ветрового потока. [4].

Рис .2 – Ветроустановки с вертикальной осью ротора

Основными компонентами ветроустановки являются ветроколесо, принимающее на себя ветровой поток и генератор, дополнительными компонентами, являются блок управления, мачта, система ориентации на ветер, система защиты от сильных ветров и. т.д.

Принцип действия ветроустановки заключается в преобразовании ротором кинетической энергии воздушных масс в механическую энергию вращающегося вала, затем генератор преобразует её в электрическую энергию.

Ветер воздействует на лопасти роторного механизма, создаёт крутящий момент. Под воздействием этого крутящего момента, роторное устройство начинает вращаться, передавая вращение через вал на редуктор и затем на генератор. При превышении скорости ветра значения в 30 м/с, на роторном механизме задействуется аэродинамическое тормозное устройство, препятствующее дальнейшему увеличению количества оборотов передающего вала.

Генератор является важнейшим элементом электрооборудования ветроустановки. Кроме основного назначения генератор должен выполнять определенные функции по стабилизации и регулированию параметров, характеризующих качество вырабатываемой электроэнергии.

Для ветроустановок возможно применение следующих типов генераторов: асинхронные генераторы (с к. з. ротором и с фазным ротором), синхронные генераторы (с электромагнитным возбуждением, с магнитоэлектрическим возбуждением, индукторные, с когтеобразным ротором и.т.д), а также асинхронизированные синхронные генераторы [5].

Различные аспекты использования синхронного генератора на постоянных магнитах для ветроустановок нашли отражение в трудах Олейникова А.М. [6], Канова Л.Н. [7], Радина В.И. [8], Кулагина Р.Н. [9], Балагурова В.А. [10], Харитонова С.А. [11], Коробкова Д.В.[12], Гейста А.В.[13], Саттарова Р.Р.[14], Данилевича Я.Б [15], Литвинов Б.В. [16], Никитенко Г.В.[17] и многих других.

Синхронный генератор на постоянных магнитах имеет простую конструкцию, легок в обслуживании, надежен и имеет высокий КПД. Улучшение характеристик (синхронного генератора на постоянных магнитах) СГПМ достигается за счет применения высококоэрцитивных постоянных магнитов. В то же время имеется сложность регулирования и стабилизации напряжения. Стабилизация напряжения осуществляется за счет регулирования реактивной мощности, поступающей в генераторы от конденсаторов. В синхронных генераторах на постоянных магнитах необходим редуктор (т.к. по большей части они высокооборотные, и начинают генерировать ток при 1000 об./мин.), а это дополнительные потери.

Тем не менее, данный тип генераторов является одним из самых распространенных генераторов для ветроустановок. В настоящее время ведутся исследования по улучшению конструкции и характеристик СГПМ [18].

Множество высших учебных заведений занимаются разработкой синхронных генератором на постоянных магнитах: научно-исследовательский конструкторско-технологический институт местной промышленности (г.Н.Новгород), Политехнический институт Сибирского Федерального университета (г. Красноярск), Уфимский государственный авиационный технический университет, Новосибирский государственный технический университет, Кубанский государственный аграрный университет и др.

Приобрести СГПМ можно в следующих фирмах: XindaGreenEnergyCo. Китай [19], Нииместром [20], ДП «Верано» [21], ООО “Сальмабаш” [22] и др.

Что касается асинхронного генератора, то он так же имеет простую конструкцию, надежность в обслуживании, невысокую стоимость относительно СГПМ. Применение асинхронного генератора (АГ) в автономных ветроустановках ранее было менее распространено из-за отсутствия малогабаритных конденсаторов, обеспечивающих возбуждение генератора и компенсацию реактивной мощности нагрузки, а также из-за сложности стабилизации выходного напряжения. С появлением более компактных конденсаторов и новых систем стабилизации напряжения эти проблемы были решены.

Вопросами исследования АГ отражены в работах следующих авторов: Григораш О.В.[23], Мустафаевa Р. И.[24], Никишина А.Ю.[25], Канова Л.Н. [26], Мазалова А.А.[27], Мамедова Ф.А.[28], Вронского О.В.[29] и др.

Фирмы, занимающиеся разработкой асинхронных генераторов с короткозамкнутым ротором: «Росэнергомаш» [30], «SUZLON» Индия[31], «SiemenxWindPower» Германия[32], «Vestas» Дания[33] и др.

Институты, занимающиеся разработками АГ – Кубанский государственный аграрный университет, Севастопольский национальный технический университет, Азербайджанский НИ.

Обе машины имеют одинаковый КПД, но если рассматривать генератор не как отдельный механизм, а как часть ветроустановки, то наиболее эффективен СГПМ, потому что стабилизатор, требующийся для нормальной работы АГ, снижает КПД в большей степени, чем редуктор, необходимый для СГПМ. Если учитывать, что некоторые виды АГ требуют использования не только стабилизатора, но и редуктора [5], то подразумевается ещё большее снижение КПД. Асинхронный генератор дешевле СДПМ поэтому часто используется в качестве ветрогенератора малой и средней мощности.

Асинхронизированные синхронные генераторы (АСГ) находятся скорее в стадии разработки и моделирования, чем в стадии промышленного применения [34].

В заключение отметим, что наиболее популярным как для проектирования, так и для использования в ветроэнергетической установке является синхронный генератор на постоянных магнитах, благодаря его высоким характеристикам. Однако, асинхронный генератор также находит применение в ВЭУ за счет своей, относительно синхронного генератора на постоянных магнитах, низкой стоимости.

Литература

Горелов Д.Н., Кривоспицкий В.П. Перспективы развития ветроэнергетических установок с ортогональным ротором // Теплофизика и аэромеханика. – 2008. – №1 т.15. – С. 163-167.
Горелов Д.Н. Энергетические характеристики ротора Дарье // Теплофизика и аэромеханика. – 2010. – №3 т.17. – С. 325-333.
Горелов Д.Н. Аэродинамика ветроколес с вертикальной осью вращения. – Омск: Полиграфический центр КАН, 2012. – 68 с.
Вертикальный ветрогенератор, вертикальная ось вращения // ВЕТРОДВИГ.RU URL: http://vetrodvig.ru/?p=1479 (дата обращения: 19.10.2015).
Шевченко В.В., Кулиш Я.Р. Анализ возможности использования разных типов генераторов для ветроэнергетических установок с учетом диапазона мощности // Вестник НТУ “ХПИ”. – 2013. – №65. – С. 107-117.
Олейников А. М., Канов Л. Н. Исследование режимов маломощного генератора с постоянными магнитами методом схемного моделирования // Механика, энергетика, экология. – Севастополь: Вестник СевГТУ, 2007. – С. 29-34.
Олейников А. М., Канов Л. Н. Математическая модель автономной безредукторной ветроэлектрической установки на генераторе с постоянными магнитами // Электроэнергетика и электротехника. – 2010. – №1. – С. 82-87.
Радин В.И., Загорский А.Е., Манукян Л.А. Влияние повышения скорости вращения на мощность синхронного генератора // Известия вузов. Электромеханика. – 1973. – №1. – С. 82-87.
Кулагин Р.Н. Анализ конструкции тихоходных генераторов с постоянными магнитами // Известия ВолгГТУ. – 2011. – №7. – С. 87-80.
Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 280 с.
Харитонов С.А., Симонов Б.Ф., Коробков Д.В., Макаров Д. В. К вопросу стабилизации напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной частоте вращения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – Новосибирск: Издательство Сибирского Отделения РАН, июль-август 2012. – № 4. – С. 102-115.
Стабилизация напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной нагрузке / С. А. Харитонов, Д. В. Коробков, Д. В. Макаров, А. Г. Гарганеев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники: июнь 2012. -Томск: ТУСУР, 2012. – № 1(25), часть 1. – С.139-146.
Стабилизация выходного напряжения синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов при переменной частоте вращения вала / А. В. Гейст, Д. В. Коробков, Д. В. Макаров, А. Н. Решетников, С. А. Харитонов // Технiчна електродинамiка. Тематичний випуск. Силова електронiка та енергоефективнiсть. Частина 2. – Киïв, 2012. – С.39-46.
Саттаров Р.Р., Бабикова Н.Л., Полихач Е.А. Исследование установившегося режима синхронного генератора возвратно-поступательного движения // Вестник УГАТУ. – 2007. – №6. – С. 194-199.
Саттаров Р.Р., Бабикова Н. Л., Полихач Е. А. Исследование установившегося режима синхронного генератора возвратно-поступательного движения // Вестник УГАТУ. – 2007. – №6. – С. 194–199.
Данилевич Я.Б., Коченев А.В. Синхронный генератор небольшой мощности с постоянными магнитами // Электричество. -1996. – № 4.- С. 27-29.
Литвинов Б.В. Однофазный синхронный генератор двойного вращения с возбуждением от постоянных магнитов высоких энергий // Электротехника. – 1998. – № 4. – С. 20-25.
Никитенко Г. В., Коноплев Е. В., Деведеркин И. В. Высокоэффективный синхронный генератор на постоянных магнитах для ветроэнергетической установки // Вестник АПК Ставрополья. – 2013. -№4.- С.80-84.
Кручинина И.Ю. Высокоиспользованные электрические машины для современной энергетики: проблемы создания и исследований: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.09.01. – СПб., 2012. – 34 с.
Xinda Green Energy Co URL: http://www.xindaenergy.com/index.html (дата обращения: 19.10.2015).
Генератор дисковый синхронный // ОАО «НИИМЕСТПРОМ» URL: http://www.niimestprom.ru/?id=897 (дата обращения: 19.10.2015).
НПП КБ верано-Ко URL: http://dpverano. com/ (дата обращения: 19.10.2015).
Тихоходный генератор на постоянных магнитах // ООО “САЛЬМАБАШ” URL: http://mahaon-energy.ru/generator-gvu-1000 (дата обращения: 19.10.2015).
Григораш О.В. Асинхронные генераторы в системах автономного электроснабжения // Электротехника. – 2002. – №1. – С. 30-34.
Мустафаев Р.И., Гасанова Л.Г. Моделирование и исследование квазистационарных режимов работы ветроэлектрических установок с асинхронными генераторами при частотном управлении // Электричество. – 2009. – №6. – С. 36-41.
Никишин А.Ю., Казаков В.П. Современные ветроэнергетические установки на базе асинхронных машин // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.
Канов Л.Н. Математическое моделирование ветроэлектрической установки с асинхронным генератором // Электроэнергетика и электромеханика. – 2012. – №5. – С.71-74.
Мазалов А.А. Адаптивная ветроустановка переменного тока с асинхронным генератором // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. – С.250-256.
Мамедов Ф.А., Закабунин А.В., Гуреев А.Е., Шевченко Г.В. Использование асинхронных многоскоростных полюсопереключаемых генераторов в автономных ветроэнергетических установках // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. – 2008. – Ч.4. – С.338-340.
Вронский О.В. Асинхронные генераторы повышенной частоты тока: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.20.02. – Краснодар, 2004. – 24 с.
Тихоходный генератор на постоянных магнитах // Росэнергомаш. URL: http://www.rosenergomash.com/ (дата обращения: 19.10.2015).
Suzlon Group URL: http://www.suzlon.com/ (дата обращения: 19.10.2015).
Wind power solutions for offshore, onshore, and service projects // Siemens Aktiengesellschaft URL: http://www.energy.siemens.com/hq/en/renewable-energy/wind-power/ (дата обращения: 19.10.2015).
Vestas URL: https://www.vestas.com/#! (дата обращения: 19.10.2015).
Тыхевич О.О. Анализ совместной работы ветротурбины и асинхронизированного синхронного генератора ветроэнергетической установки // Автономна енергетика аерокосмiчных лiтальних апаратiв. -2003. №2(37).-С.70-75.

References

Gorelov D.N., Krivospickij V.P. Perspektivy razvitija vetrojenergeticheskih ustanovok s ortogonal’nym rotorom // Teplofizika i ajeromehanika. – 2008. – №1 t.15. – S. 163-167.
Gorelov D.N. Jenergeticheskie harakteristiki rotora Dar’e // Teplofizika i ajeromehanika. – 2010. – №3 t.17. – S. 325-333.
Gorelov D.N. Ajerodinamika vetrokoles s vertikal’noj os’ju vrashhenija. – Omsk: Poligraficheskij centr KAN, 2012. – 68 s.
Vertikal’nyj vetrogenerator, vertikal’naja os’ vrashhenija // VETRODVIG.RU URL: http://vetrodvig.ru/?p=1479 (data obrashhenija: 19.10.2015).
Shevchenko V.V., Kulish Ja.R. Analiz vozmozhnosti ispol’zovanija raznyh tipov generatorov dlja vetrojenergeticheskih ustanovok s uchetom diapazona moshhnosti // Vestnik NTU “HPI”. – 2013. – №65. – S. 107-117.
Olejnikov A. M., Kanov L. N. Issledovanie rezhimov malomoshhnogo generatora s postojannymi magnitami metodom shemnogo modelirovanija // Mehanika, jenergetika, jekologija. – Sevastopol’: Vestnik SevGTU, 2007. – S. 29-34.
Olejnikov A. M., Kanov L. N. Matematicheskaja model’ avtonomnoj bezreduktornoj vetrojelektricheskoj ustanovki na generatore s postojannymi magnitami // Jelektrojenergetika i jelektrotehnika. – 2010. – №1. – S. 82-87.
Radin V.I., Zagorskij A.E., Manukjan L.A. Vlijanie povyshenija skorosti vrashhenija na moshhnost’ sinhronnogo generatora // Izvestija vuzov. Jelektromehanika. – 1973. – №1. – S. 82-87.
Kulagin R.N. Analiz konstrukcii tihohodnyh generatorov s postojannymi magnitami // Izvestija VolgGTU. – 2011. – №7. – S. 87-80.
Balagurov V.A., Galteev F.F. Jelektricheskie generatory s postojannymi magnitami. – M.: Jenergoatomizdat, 1988. – 280 s.
Haritonov S.A., Simonov B.F., Korobkov D.V., Makarov D. V. K voprosu stabilizacii naprjazhenija sinhronnogo generatora s postojannymi magnitami pri peremennoj chastote vrashhenija // Fiziko-tehnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh. – Novosibirsk: Izdatel’stvo Sibirskogo Otdelenija RAN, ijul’-avgust 2012. – № 4. – S. 102-115.
Stabilizacija naprjazhenija sinhronnogo generatora s postojannymi magnitami pri peremennoj nagruzke / S. A. Haritonov, D. V. Korobkov, D. V. Makarov, A. G. Garganeev // Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravlenija i radiojelektroniki: ijun’ 2012. -Tomsk: TUSUR, 2012. – № 1(25), chast’ 1. – S.139-146.
Stabilizacija vyhodnogo naprjazhenija sinhronnogo generatora s vozbuzhdeniem ot postojannyh magnitov pri peremennoj chastote vrashhenija vala / A. V. Gejst, D. V. Korobkov, D. V. Makarov, A. N. Reshetnikov, S. A. Haritonov // Tehnichna elektrodinamika. Tematichnij vipusk. Silova elektronika ta energoefektivnist’. Chastina 2. – Kiïv, 2012. – S.39-46.
Sattarov R.R., Babikova N.L., Polihach E.A. Issledovanie ustanovivshegosja rezhima sinhronnogo generatora vozvratno-postupatel’nogo dvizhenija // Vestnik UGATU. – 2007. – №6. – S. 194-199.
Sattarov R.R., Babikova N. L., Polihach E. A. Issledovanie ustanovivshegosja rezhima sinhronnogo generatora vozvratno-postupatel’nogo dvizhenija // Vestnik UGATU. – 2007. – №6. – S. 194–199.
Danilevich Ja.B., Kochenev A.V. Sinhronnyj generator nebol’shoj moshhnosti s postojannymi magnitami // Jelektrichestvo. -1996. – № 4.- S. 27-29.
Litvinov B.V. Odnofaznyj sinhronnyj generator dvojnogo vrashhenija s vozbuzhdeniem ot postojannyh magnitov vysokih jenergij // Jelektrotehnika. – 1998. – № 4. – S. 20-25.
Nikitenko G. V., Konoplev E. V., Devederkin I. V. Vysokojeffektivnyj sinhronnyj generator na postojannyh magnitah dlja vetrojenergeticheskoj ustanovki // Vestnik APK Stavropol’ja. – 2013. -№4.- 80-84.
Kruchinina I.Ju. Vysokoispol’zovannye jelektricheskie mashiny dlja sovremennoj jenergetiki: problemy sozdanija i issledovanij: avtoref. dis. … kand. teh. nauk: 05.09.01. – SPb., 2012. – 34 s.
Xinda Green Energy Co URL: http://www.xindaenergy.com/index.html (data obrashhenija: 19.10.2015).
Generator diskovyj sinhronnyj // OAO «NIIMESTPROM» URL: http://www.niimestprom.ru/?id=897 (data obrashhenija: 19.10.2015).
NPP KB verano-Ko URL: http://dpverano.com/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
Tihohodnyj generator na postojannyh magnitah // OOO “SAL”MABASh” URL: http://mahaon-energy.ru/generator-gvu-1000 (data obrashhenija: 19.10.2015).
Grigorash O.V. Asinhronnye generatory v sistemah avtonomnogo jelektrosnabzhenija // Jelektrotehnika. – 2002. – №1. – S. 30-34.
Mustafaev R.I., Gasanova L.G. Modelirovanie i issledovanie kvazistacionarnyh rezhimov raboty vetrojelektricheskih ustanovok s asinhronnymi generatorami pri chastotnom upravlenii // Jelektrichestvo. – 2009. – №6. – S. 36-41.
Nikishin A.Ju., Kazakov V.P. Sovremennye vetrojenergeticheskie ustanovki na baze asinhronnyh mashin // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. – 2012. – № 6.
Kanov L.N. Matematicheskoe modelirovanie vetrojelektricheskoj ustanovki s asinhronnym generatorom // Jelektrojenergetika i jelektromehanika. – 2012. – №5. – S.71-74.
Mazalov A.A. Adaptivnaja vetroustanovka peremennogo toka s asinhronnym generatorom // Izvestija JuFU. Tehnicheskie nauki. Tematicheskij vypusk. – S.250-256.
Mamedov F.A., Zakabunin A.V., Gureev A.E., Shevchenko G.V. Ispol’zovanie asinhronnyh mnogoskorostnyh poljusoperekljuchaemyh generatorov v avtonomnyh vetrojenergeticheskih ustanovkah // Jenergoobespechenie i jenergosberezhenie v sel’skom hozjajstve. – 2008. – Ch.4. – S.338-340.
Vronskij O.V. Asinhronnye generatory povyshennoj chastoty toka: avtoref. dis. … kand. teh. nauk: 05.20.02. – Krasnodar, 2004. – 24 s.
Tihohodnyj generator na postojannyh magnitah // Rosjenergomash. URL: http://www.rosenergomash.com/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
Suzlon Group URL: http://www.suzlon.com/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
Wind power solutions for offshore, onshore, and service projects // Siemens Aktiengesellschaft URL: http://www.energy.siemens.com/hq/en/renewable-energy/wind-power/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
Vestas URL: https://www.vestas.com/#! (data obrashhenija: 19.10.2015).
Tyhevich O.O. Analiz sovmestnoj raboty vetroturbiny i asinhronizirovannogo sinhronnogo generatora vetrojenergeticheskoj ustanovki // Avtonomna energetika aerokosmichnyh lital’nih aparativ. -2003. №2(37).-S.70-75.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТОВ МАЛЫХ ГЭС С ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫМИ СИНХРОННЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ | Мустафаев

3. Режим доступа: www.rea. org. на /dieret /Hydro/ hydro htm1//

5. Кривченко, Г. И. Гидравлические машины (турбины и насосы) / Г. И. Кривченко. М.: Энергия, 1978. 320 с.

6. Эдель, Ю. У. Ковшовые гидротурбины / Ю. У. Эдель. М-Л.: Машгиз, 1968, 210 с.

8. Кривченко, Г. И. Автоматическое регулирование гидротурбин / Г. И. Кривченко. М.: Энергия, 1964. 286 с.

Постоянные магниты. Использование магнитов в синхронных машинах.

Уважаемые клиенты!

Сегодня расскажем Вам использование постоянных магнитов в синхронных машинах.

Назначение. Машины с постоянными магнитами позволяют уменьшить потери в машине, а также (при полюсах, расположенных на роторе) устранить подвод тока через контактные кольца к обмотке возбуждения. В настоящее время синхронные машины с постоянными магнитами широко используют как микродвигатели, генераторы небольшой мощности и тахогенераторы. В этих машинах вместо обмотки возбуждения применяют блок постоянных магнитов, изготовляемый из магнитотвердого материала — кобальтовой стали, а также различных сплавов из алюминия, никеля, железа и кобальта, обладающих большой коэрцитивной силой. Постоянные магниты в таких машинах располагают в большинстве случаев на роторе. Статор имеет обычную конструкцию, в его пазах размещают одно—, двух- или трехфазную обмотку.

Рис. 1. Устройство син-хронного двигателя с постоянными магнитами:
1 — обмотка статора; 2 — статор; 3 — пуско-вая обмотка типа «беличья клетка »; 4 — пакет ротора; 5 — постоянные магниты

Двигатели. В синхронных микродвигателях на роторе кроме блока постоянных магнитов устанавливают собранный из листовой стали пакет, в пазах которого размещают пусковую короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка». Последняя по окончании процесса пуска служит демпфером, препятствующим качаниям ротора. Наибольшее применение получили микродвигатели двух конструктивных исполнений: с радиальным (рис. 1, а) и аксиальным (рис. 1,б) расположением блока постоянных магнитов и стального пакета ротора с короткозамкнутой обмоткой.

При радиальном расположении пакет ротора выполнен в виде кольца, напрессованного на блок постоянных магнитов, в котором имеются прорези, разделяющие полюсы разной полярности; размеры прорезей выбирают из условий оптимального использования энергии постоянных магнитов.

При аксиальном расположении пакет ротора насаживают непосредственно на вал двигателя, а по его краям устанавливают один или два блока постоянных магнитов, выполненных в виде дисков. Пуск синхронных микродвигателей с постоянными магнитами обычно производят непосредственным включением в сеть. Разгон двигателя осуществляется за счет асинхронного вращающего момента Мас , возникающего в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током в пусковой, обмотке ротора . При питании двигателя от однофазной сети в цепь одной из фаз включают конденсатор, необходимый для получения вращающегося магнитного поля.

Рис. 2. Зависимость M=f(s)для двигателя с постоянными магнитами

Характерной особенностью рассматриваемого двигателя является то, что при пуске кроме асинхронного вращающего момента Мас возникает еще и тормозной момент Мт, образующийся из-за наличия на роторе постоянных магнитов. В процессе разгона двигателя поле постоянных магнитов пересекает обмотку статора и индуцирует в ней ЭДС Е1п , изменяющуюся с переменной частотой, пропорциональной частоте вращения ротора. Для ЭДС Е1п обмотка статора, присоединенная обычно к достаточно мощному источнику электрического тока, может считаться короткозамкнутой, вследствие чего в ней возникает переменный ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком ротора, создает тормозящий момент Мт.

Электромагнитные процессы, происходящие в синхронных машинах с постоянными магнитами, в основном аналогичны электромагнитным процессам, происходящим в машинах с электромагнитным возбуждением. Однако на магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, сильное воздействие оказывает МДС якоря. Значительному размагничивающему действию со стороны якоря постоянные магниты подвергаются во время пуска синхронного двигателя, когда ток якоря наибольший. В машинах с радиальным расположением блока постоянных магнитов при небольшой частоте вращения ротора (больших скольжениях) постоянные магниты достаточно хорошо экранируются пусковой короткозамкнутой обмоткой. Однако при небольших скольжениях защитное действие беличьей клетки мало, и значительная реакция якоря может вызвать необратимое размагничивание постоянных магнитов, при котором их свойства после отключения обмотки статора полностью не восстанавливаются. Максимальное размагничивающее действие возникает при асинхронном вращении, когда ротор периодически проходит положения, при которых МДС полюсов ротора и обмотки статора оказываются направленными встречно. В машинах с аксиальным расположением блока постоянных магнитов наибольшее размагничивание магнитов происходит в момент подключения двигателя к сети при неподвижном роторе.

Двигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими типами синхронных двигателей обладают хорошими энергетическими показателями (КПД и cos φ), повышенной устойчивостью работы в синхронном режиме и высокой стабильностью частоты вращения.

Рис. 3. Роторы генераторов с постоянными магнитами: 1 —блок постоянных магнитов; 2 — стальная втулка; 3 — полюсные наконечники; 4 — литой алюминий; 5 — немагнитная втулка; 6 — полюсы; 7 — вал

рис. 4. Принцип устройства концентратора магнитного потока (а) и конструктивная схема генератора с постоянными магнитами (б): 1 — статор; 2 — ротор; 3 — постоянные магниты

Генераторы. В синхронных генераторах малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов ротор можно выполнить или в виде единого блока из магнитно-твердого материала (рис. 3, а),или с постоянными магнитами, установленными в стальной втулке (рис. 3,б). Промежутки между магнитами в некоторых случаях заливают алюминием, благодаря чему обеспечивается монолитность конструкции ротора. В генераторах, используемых в некоторых транспортных установках, иногда применяют ротор с когтеобразными полюсами (рис.3,в). При повышении мощности машины для увеличения индукции в воздушном зазоре и зубцах применяют различные концентраторы магнитного потока. Принцип устройства концентратора состоит в том, что площадь поперечного сечения магнита берется больше площади воздушного зазора (рис. 4, а). Особенно выгодно применение машин с концентраторами магнитного потока при высоких частотах вращения и повышенной частоте тока. На рис. 4,б изображена конструктивная схема двенадцатиполюсного генератора мощностью 20 кВт на частоту 300 Гц при частоте вращения 3000 об/мин.

Недостатком таких генераторов является невозможность регулировать выходное напряжение. Однако изменение напряжения под нагрузкой не очень велико, так как отношение короткого замыкания весьма значительно: ОКЗ ≈ 3,5. В дальнейшем синхронные машины значительной мощности с постоянными магнитами могут найти широкое применение в комбинации с полупроводниковыми преобразователями не только как генераторы, но и как двигатели.

А вот так выглядит изделие с применением наших магнитов (до и после заливки):

Постоянные магниты для самостоятельного изготовления вы можете найти в нашем магазине магнитов: здесь.

Выдержки и фото использованы из выдержки: http://www.induction.ru/library/book_002/glava7/7-2.html

Следите за новостями!

Кпд синхронных генераторов на постоянных магнитах. Генератор на постоянных магнитах. Полеориентированное управление сдпм по датчику положения

В синхронных машинах этого типа постоянно направленное поле возбуждения образуется с помощью постоянных магнитов. Синхронные машины с постоянными магнитами не нуждаются в возбудителе и благодаря отсутствию потерь на возбуждение и в скользящем контакте обладают высоким КПД, их надежность существенно выше, чем у обычных синхронных машин, в которых вращающаяся обмотка возбуждения и щеточное устройство достаточно часто повреждаются; кроме того, они практически не нуждаются в обслуживании в течение всего срока службы.
Постоянные магниты могут заменять обмотку возбуждения как в многофазных синхронных машинах обычного исполнения, так и во всех специальных исполнениях, которые были описаны выше (однофазных синхронных машинах, синхронных машинах с клюво- образными полюсами и в индукторных машинах).
Синхронные машины с постоянными магнитами отличаются от своих аналогов с электромагнитным возбуждением конструкцией индукторных магнитных систем. Аналогом ротора обычной неявнопо- люсной синхронной машины является цилиндрический кольцеобразный магнит, намагничиваемый в радиальном направлении (рис., 6).

Индукторные магнитные системы с цилиндрическим и звездообразным магнитами;
а — звездообразный магнит без полюсных башмаков; б — четырехполюсный цилиндрический магнит

Рис. 2. Ротор с когтеобразными полюсами, возбуждаемый постоянным магнитом:
1 — кольцевой постоянный магнит; 2 — диск с системой южных полюсов; 3 — диск с системой северных полюсов

Явнополюсному ротору обычной машины с электромагнитным возбуждением аналогичен ротор со звездообразным магнитом по рис. 1, а, в котором магнит 1 крепится на валу 3 заливкой из алюминиевого сплава 2.

В роторе с когтеобразиыми полюсами (рис. 2) кольцевой магнит, намагниченный в осевом направлении, заменяет кольцевую обмотку возбуждения. В разноименнополюсной индукторной машине по рис. электромагнитное возбуждение может быть заменено магнитным, как показано на рис. 3 (вместо трех малых зубцов в каждой из зон I-IV здесь имеется по одному зубцу в каждой из зон). Соответствующий аналог с магнитным возбуждением имеется и у одноименнополюсной машины. Постоянный магнит может быть в этом случае выполнен в виде намагниченного в осевом направлении кольца, которое вставлено между станиной и подшипниковым щитом.

Рис. 3. Индукторный разноименнополюсной генератор с магнитоэлектрическим возбуждением:
ОЯ — обмотка якоря; ПМ — постоянный магнит
Для описания электромагнитных процессов в синхронных машинах с постоянными магнитами вполне пригодна теория синхронных машин с электромагнитным возбуждением, основы которой изложены в предыдущих главах раздела. Однако для того, чтобы воспользоваться этой теорией и применить ее для расчета характеристик синхронной машины с постоянными магнитами в генераторном или двигательном режиме, нужно предварительно определить по кривой размагничивания постоянного магнита ЭДС холостого хода Е, или коэффициент возбужденности г = Ef / U и рассчитать индуктивные сопротивления Xad и X с учетом влияния магнитного сопротивления магнита, которое может быть настолько существенным, что Ха(1 Машины с постоянными магнитами были изобретены еще на заре развития электромеханики. Однако широкое применение они получили в течение последних десятилетий в связи с разработкой новых материалов для постоянных магнитов с большой удельной магнитном энергией (например, типа магнико или сплавов на основе самария и кобальта). Синхронные машины с такими магнитами по своим массо- габаритным показателям и эксплуатационным характеристикам в определенном диапазоне мощностей и частот вращения вполне могут конкурировать с синхронными машинами, имеющими электромагнитное возбуждение.

Мощность быстроходных синхронных генераторов с постоянными магнитами для питания бортовой сети самолетов достигает десятков киловатт. Генераторы и двигатели с постоянными магнитами небольшой мощности применяются в самолетах, автомобилях, тракторах, где их высокая надежность имеет первостепенное значение. В качестве двигателей малой мощности они широко применяются и во многих других областях техники. По сравнению с реактивными двигателями они обладают более высокой стабильностью частоты вращения, лучшими энергетическими показателями, уступая им по стоимости и пусковым свойствам.
По способам пуска в ход синхронные двигатели малой мощности с постоянными магнитами делятся на самозапускающиеся двигатели и двигатели с асинхронным пуском.
Самозапускающиеся двигатели малой мощности с постоянными магнитами применяются для приведения в движение механизмов часов и различных реле, разнообразных программных устройств и т.п. Номинальная мощность этих двигателей не превышает нескольких ватт (обычно составляет доли ватта). Для облегчения пуска двигатели выполняют многополюсными (р > 8) и получают питание от однофазной сети промышленной частоты.
В нашей стране такие двигатели выпускаются в серии ДСМ, в которой для создания многополюсного поля применены клювообразное исполнение магнитопровода статора и однофазная якорная обмотка.
Запуск этих двигателей в ход осуществляется за счет синхронного момента от взаимодействия пульсирующего поля с постоянными магнитами ротора. Для того чтобы пуск произошел успешно и в нужную сторону, применяют специальные механические устройства, которые позволяют ротору вращаться только в одном направлении и отсоединяют его от вала во время синхронизации
Синхронные двигатели малой мощности с постоянными магнитами с асинхронным пуском выпускаются с радиальным расположением постоянного магнита и пусковой короткозамкнутой обмотки и с аксиальным расположением постоянного магнита и пусковой короткозамкнутой обмотки. По устройству статора эти двигатели ничем не отличаются от машин с электромагнитным возбуждением. Обмотка статора в обоих случаях выполняется двух- или трехфазной. Различаются они лишь по конструкции ротора.
В двигателе с радиальным расположением магнита и коротко- замкнутой обмоткой последняя размещается в пазах шихтованных полюсных наконечников постоянных магнитов Для получения приемлемых потоков рассеяния между наконечниками соседних полюсов имеются немагнитные промежутки. Иногда в целях увеличения механической прочности ротора наконечники объединяются с помощью насыщающихся перемычек в целый кольцевой сердечник.
В двигателе с аксиальным расположением магнита и коротко- замкнутой обмоткой часть активной длины занята постоянным магнитом, а на другой ее части рядом с магнитом размешается шихтованный магнитопровод с короткозамкнутой обмоткой, причем и постоянный магнит, и шихтованный магнитопровод укреплены на общем валу. В связи с тем что во время пуска двигатели с постоянными магнитами остаются возбужденными, их пуск протекает менее благоприятно, чем в обычных синхронных двигателях, возбуждение которых отключается. Объясняется это тем, что при пуске наряду с положительным асинхронным моментом от взаимодействия вращающегося поля с токами, индуктированными в короткозамкнутой обмотке, на ротор действует отрицательный асинхронный момент от взаимодействия постоянных магнитов с токами, индуктированными полем постоянных магнитов в обмотке статора.

Из истории вопроса. На сегодняшний день в моей работе возник вопрос об участии в проекте по внедрению собственной малой генерации на предприятии. Ранее, был опыт работы с синхронными электродвигателями, с генераторами опыт минимальный.

Рассматривая предложения различных производителей в одном из таких открыл для себя способ возбуждения синхронного генератора при помощи подвозбудителя на основе генератора на постоянных магнитах (PMG). Обмолвлюсь, что система возбуждения генератора планируется бесщеточная. Пример синхронных электродвигателей я описывал ранее.

И так, из описания генератора (PMG) на постоянных магнитах в качестве подвозбудителя обмотки возбуждения возбудителя генератора следует:

1. Теплообменник типа «воздух-вода». 2. Генератор с постоянным магнитом. 3. Устройство возбуждения. 4. Выпрямитель. 5. Радиальный вентилятор. 6. Воздушный канал.

В данном случае система возбуждения состоит из вспомогательных обмоток или генератора с постоянным магнитом, автоматического регулятора напряжения (AVR), CT и VT для определения тока и напряжения, встроенного устройства возбуждения и вращающегося выпрямителя. В стандартном случае турбогенераторы оборудованы цифровым AVR, обеспечивающим регулирование PF (коэффициента мощности) и выполнение различных функций мониторинга и защиты (ограничение возбуждения, обнаружение перегрузки, возможность резервирования и т.д.). Постоянный ток возбуждения, идущий от AVR, усиливается вращающимся устройством возбуждения и затем выпрямляется вращающимся выпрямителем. Вращающийся выпрямитель состоит из диодов и стабилизаторов напряжения.

Схематичные изображение системы возбуждения турбогенератора с использованием PMG:

Решение с применением генератора на постоянных магнитах (PMG) на главном валу с ротором генератора и бесщеточным возбудителем:

Собственно, на данный момент говорить о преимуществах данного способа регулирования возбуждения для меня не представляется возможным. Думаю, со временем набора информации и опыта поделюсь с вами своим опытом применения PMG.

Генератор — устройство, преобразующее один вид энергии в другой.
В данном случае рассматриваем преобразование механической энергии вращения в электрическую.

Различают два типа таких генераторов. Синхронные и асинхронные.

Синхронный генератор. Принцип действия

Отличительным признаком синхронного генератора является жёсткая связь между частотой f переменной ЭДС, наведённой в обмотке статора, и частотой вращения ротора n , называемой синхронной частотой вращения:

n = f / p

где p – число пар полюсов обмотки статора и ротора.
Обычно частота вращения выражается в об/мин, а частота ЭДС в Герцах (1/сек), тогда для количества оборотов в минуту формула примет вид:

n = 60· f / p

На рис. 1.1 представлена функциональная схема синхронного генератора. На статоре 1 расположена трёхфазная обмотка, принципиально не отличающаяся от аналогичной обмотки асинхронной машины. На роторе расположен электромагнит с обмоткой возбуждения 2, получающей питание постоянным током, как правило, через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, расположенных на роторе, и двух неподвижных щёток.
В некоторых случаях в конструкции ротора синхронного генератора вместо электромагнитов могут использоваться постоянные магниты, тогда необходимость в наличии контактов на валу отпадает, но существенно ограничиваются возможности стабилизации выходных напряжений.

Приводным двигателем (ПД), в качестве которого используется турбина, двигатель внутреннего сгорания либо другой источник механической энергии, ротор генератора приводится во вращение с синхронной скоростью. При этом магнитное поле электромагнита ротора также вращается с синхронной скоростью и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС E A , E B и E C , которые будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120°), образуют симметричную трёхфазную систему ЭДС.

C подключением нагрузки к зажимам обмотки статора С1, С2 и С3 в фазах обмотки статора появляются токи I A , I B , I C , которые создают вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора. Таким образом, в синхронном генераторе магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно. Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом синхронном генераторе

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Здесь: B – магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл;
l – активная длина одной пазовой стороны обмотки статора, т.е. длина сердечника статора, м;
w – количество витков;
v = πDn – линейная скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с;
D – внутренний диаметр сердечника статора, м.

Формула ЭДС показывает, что при неизменной частоте вращения ротора n форма графика переменной ЭДС обмотки якоря (ста- тора) определяется исключительно законом распределения магнитной индукции B в зазоре между статором и полюсами ротора. Если график магнитной индукции в зазоре представляет собой синусоиду B = B max sinα , то ЭДС генератора также будет синусоидальной. В синхронных машинах всегда стремятся получить распределение индукции в зазоре как можно ближе к синусоидальному.

Так, если воздушный зазор δ постоянен (рис. 1.2), то магнитная индукция B в воздушном зазоре распределяется по трапецеидальному закону (график 1). Если же края полюсов ротора «скосить» так, чтобы зазор на краях полюсных наконечников был равен δ max (как это показано на рис. 1.2), то график распределения магнитной индукции в зазоре приблизится к синусоиде (график 2), а, следовательно, и график ЭДС, индуцированной в обмотке генератора, приблизится к синусоиде. Частота ЭДС синхронного генератора f (Гц) пропорциональна синхронной частоте вращения ротора n (об/с)

где p – число пар полюсов.
В рассматриваемом генераторе (см. рис.1.1) два полюса, т.е. p = 1.
Для получения ЭДС промышленной частоты (50 Гц) в таком генераторе ротор необходимо вращать с частотой n = 50 об/с (n = 3000 об/мин).

Способы возбуждения синхронных генераторов

Самым распространенным способом создания основного магнитного потока синхронных генераторов является электромагнитное возбуждение, состоящее в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока, возникает МДС, создающая в генераторе магнитное поле. До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись преимущественно специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителями В (рис. 1.3, а). Обмотка возбуждения (ОВ ) получает питание от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ ). Ротор синхронного генератора, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронного генератора поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя r 1 и подвозбудителя r 2 . В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.

В синхронных генераторах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве возбудителя в этом случае применяют обращенный синхронный генератор переменного тока В (рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора и их электрическое соединение осуществляется через вращающийся выпрямитель 3 непосредственно, без контактных колец и щёток. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя В осуществляется от подвозбудителя ПВ – генератора постоянного тока. Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронного генератора позволяет повысить её эксплуатационную надёжность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в этом числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 1.4, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ ) с выпрямительным трансформатором (ВТ ) и тиристорным преобразователем (ТП ), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ , на вход которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН ) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ ). Схема содержит блок защиты (БЗ ), обеспечивающий защиту обмотки возбуждения (ОВ ) от перенапряжения и токовой перегрузки.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5 % полезной мощности (меньшее значение относится к генераторам большой мощности).
В генераторах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, расположенными на роторе машины. Такой способ возбуждения даёт возможность избавить генератор от обмотки возбуждения. В результате конструкция генератора существенно упрощается, становится более экономичной и надёжной. Однако, из-за высокой стоимости материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничено машинами мощностью не более нескольких киловатт.

Синхронные генераторы составляют основу электроэнергетики, так как практически вся электроэнергия во всём мире вырабатывается посредством синхронных турбо- или гидрогенераторов.
Так же синхронные генераторы находят широкое применение в составе стационарных и передвижных электроустановок или станций в комплекте с дизельными и бензиновыми двигателями.

Асинхронный генератор. Отличия от синхронного

Асинхронные генераторы принципиально отличаются от синхронных отсутствием жесткой зависимости между частотой вращения ротора и вырабатываемой ЭДС. Разницу между этими частотами характеризует коэффициент s — скольжение.

s = (n — n r)/n

здесь:
n — частота вращения магнитного поля (частота ЭДС).
n r — частота вращения ротора.

Более подробно с расчётом скольжения и частоты можно ознакомиться в статье: асинхронные генераторы. Частота .

В обычном режиме электромагнитное поле асинхронного генератора под нагрузкой оказывает тормозной момент на вращения ротора, следовательно, частота изменения магнитного поля меньше, поэтому скольжение будет отрицательным. К генераторам, работающим в области положительных скольжений, можно отнести асинхронные тахогенераторы и преобразователи частоты.

Асинхронные генераторы в зависимости от конкретных условий применения выполняются с короткозамкнутым, фазным или полым ротором. Источниками формирования необходимой энергии возбуждения ротора могут являться статические конденсаторы или вентильные преобразователи с искусственной коммутацией вентилей.

Асинхронные генераторы можно классифицировать по способу возбуждения, характеру выходной частоты (изменяющаяся, постоянная), способу стабилизации напряжения, рабочим областям скольжения, конструктивному выполнению и числу фаз.
Последние два признака характеризуют конструктивные особенности генераторов.
Характер выходной частоты и методы стабилизации напряжения в значительной степени обусловлены способом образования магнитного потока.
Классификация по способу возбуждения является основной.

Можно рассмотреть генераторы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Самовозбуждение в асинхронных генераторах может быть организовано:
а) с помощью конденсаторов, включенных в цепь статора или ротора или одновременно в первичную и вторичную цепи;
б) посредством вентильных преобразователей с естественной и искусственной коммутацией вентилей.

Независимое возбуждение может осуществляться от внешнего источника переменного напряжения.

По характеру частоты самовозбуждающиеся генераторы разделяются на две группы. К первой из них относятся источники практически постоянной (или постоянной) частоты, ко второй переменной (регулируемой) частоты. Последние применяются для питания асинхронных двигателей с плавным изменением частоты вращения.

Более подробно рассмотреть принцип работы и конструктивные особенности асинхронных генераторов планируется рассмотреть в отдельных публикациях.

Асинхронные генераторы не требуют в конструкции сложных узлов для организации возбуждения постоянным током или применения дорогостоящих материалов с большим запасом магнитной энергии, поэтому находят широкое применение у пользователей передвижных электроустановок по причине своей простоты и неприхотливости в обслуживании. Используются для питания устройств, не требующих жёсткой привязки к частоте тока.
Техническим достоинством асинхронных генераторов можно признать их устойчивость к перегрузкам и коротким замыканиям.
С некоторой информацией по мобильным генераторным установкам можно ознакомиться на странице:
Дизель-генераторы .
Асинхронный генератор. Характеристики .
Асинхронный генератор. Стабилизация .

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Владельцы патента RU 2548662:

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к синхронным генераторам с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат: стабилизация выходного напряжения и активной мощности. Синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов содержит несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии. Магнитопровод снабжен размещенными на полюсных выступах электрическими катушками с многофазной якорной обмоткой статора. Кольцевой ротор установлен на опорном валу с возможностью вращения в опорных подшипниках вокруг кольцевого магнитопровода статора. На внутренней боковой стенке ротора смонтирован кольцевой магнитный вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами из р-пар. Магнитный вкладыш выполнен в виде двух одинаковых колец, имеющих возможность перемещения в осевом направлении. Между кольцами расположен упругий элемент. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к синхронным генераторам с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в автономных источниках электропитания как стандартной промышленной частоты, так и повышенной частоты, в электрических машинах и энергоустановках. В частности, заявляемый синхронный генератор может быть использован в качестве автономного источника энергии на автомобилях, катерах и других транспортных средствах.

Известен синхронный генератор, содержащий статор с системой проводников и ротор, имеющий систему возбуждения с постоянными магнитами, причем между статором и ротором находится активная поверхность — воздушный зазор, ротор выполнен в виде наружного ротора с активной поверхностью с внутренней стороны, ротор имеет, если смотреть по направлению вращательного движения, чередующиеся друг с другом по направлению вращения намагниченные постоянные магниты и участки из магнитопроводного материала, постоянные магниты выполнены из материала с магнитной проницаемостью, близкой к проницаемости воздуха, постоянные магниты, если измерять в направлении вращения, имеют увеличивающуюся с увеличением расстояния от активной поверхности ширину, а магнитопроводные участки — уменьшающуюся с увеличением расстояния от активной поверхности ширину, магнитопроводные участки имеют поверхность, через которую выходит магнитный поток и которая обращена к активной поверхности, причем она меньше, чем сумма поверхностей поперечного сечения магнитного потока обоих примыкающих к ней постоянных магнитов, в результате чего магнитный поток постоянных магнитов концентрируется к активной поверхности полюса статора, если измерять в направлении вращения, имеют почти такую же ширину, как поверхность магнитопроводных участков, через которую выходит магнитный поток (патент РФ №2141716, МПК Н02K 21/12, опубликовано 20.11.1991).

Известен синхронный генератор, содержащий многополюсный якорь, имеющий n полюсов (n — целое число) с обмотками, и систему возбуждения, образованную множеством постоянных магнитов. При этом постоянные магниты имеют (n-1) полюсов для создания магнитного поля возбуждения при вращении относительно якоря, причем постоянные магниты намагничены вдоль направления вращения, а полюса выполнены со скосом относительно вращения системы возбуждения (патент РФ №2069441, МПК Н02K 21/22, опубликовано 20.11.1996).

Общим недостатком данных синхронных генератора являются ограниченные функциональные возможности по стабилизации при увеличении нагрузки выходного напряжения и активной мощности, зависящих от величины общего магнитного потока. При этом в конструктивном исполнении данных генераторов отсутствуют элементы, позволяющие оперативно изменять величину общего магнитного потока, создаваемого отдельными постоянными магнитами кольцевого магнитного вкладыша.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженный размещенными на полюсных выступах электрическими катушками с многофазной якорной обмоткой статора, установленный на опорном валу с возможностью вращения в опорных подшипниках вокруг кольцевого магнитопровода статора кольцевой ротор со смонтированным на внутренней боковой стенке кольцевым магнитным вкладышем с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами из р-пар, охватывающим полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки кольцевого магнитопровода статора. Несущий узел статора выполнен из группы одинаковых модулей с кольцевым магнитопроводом и кольцевым ротором, смонтированными на одном опорном валу, при этом модули несущего узла статора установлены с возможностью их разворота друг относительно друга вокруг оси, соосной с опорным валом, и снабжены кинематически связанным с ними приводом углового разворота их друг относительно друга, а одноименные фазы якорных обмоток в модулях несущего узла статора соединены между собой, образуя общие фазы якорной обмотки статора (патент РФ №2273942, МПК Н02K 21/22, Н02K 21/12, опубликовано 27.07.2006).

Недостатком известного синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов является необходимость использования группы модулей, что приводит к усложнению конструкции, увеличению массы и габаритов генератора. Это в свою очередь приводит к снижению эксплуатационных характеристики генератора.

Кроме того, также как и в упомянутых аналогах, в известном генераторе отсутствуют элементы, позволяющие оперативно изменять величину общего магнитного потока отдельных постоянных магнитов, образующих кольцевой магнитный вкладыш.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей синхронного генератора, за счет снабжения электроэнергией самых различных приемников переменного многофазного электрического тока с различными параметрами питающего напряжения.

Технический результат — стабилизация выходного напряжения и активной мощности, за счет введения в конструкцию синхронного генератора упругих элементов.

Технический результат достигается тем, что в синхронном генераторе с возбуждением от постоянных магнитов, содержащем несущий узел статора с подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженный размещенными на полюсных выступах электрическими катушками с многофазной якорной обмоткой статора, установленный на опорном валу с возможностью вращения в опорных подшипниках вокруг кольцевого магнитопровода статора кольцевой ротор со смонтированным на внутренней боковой стенке кольцевым магнитным вкладышем с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами из р-пар, охватывающим полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки кольцевого магнитопровода статора, согласно изобретению, кольцевой магнитный вкладыш выполнен в виде двух одинаковых колец, имеющих возможность перемещения в осевом направлении, при этом между кольцами расположен упругий элемент.

При изменении нагрузки на генераторе ток, протекающий по якорной обмотке статора, изменяется, при этом изменяется сила притяжения, действующая на магнитные вкладыши. Последние в той ли иной степени втягиваются в воздушный зазор, сжимая упругий элемент, увеличивая или уменьшая тем самым общий магнитный поток. И за счет этого стабилизируется напряжение и активная мощность на зажимах обмотки статора генератора.

Упругий элемент может быть цельным, в виде волнообразной упругой шайбы или составным, в виде отдельных пружин.

Приведенный в качестве примера упругий элемент выполнен в виде пружин.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображен общий вид предложенного синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов в продольном разрезе, с магнитными вкладышами в нерабочем положении.

На фиг. 2 представлен вид, когда магнитные вкладыши находятся в рабочем положении.

На обеих фигурах упругий элемент выполнен в виде пружин.

Синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов содержит внутренний корпус 1 статора, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод 2 (например, в виде монолитного диска из порошкового композиционного магнитотвердого материала) с полюсными выступами по периферии, снабженный размещенными на них электрическими катушками (секциями) 3, с многофазными (например, трехфазными, а в общем случае n-фазными) якорными обмотками статора. На валу 4 с возможностью вращения на подшипниках 5, 6 вокруг несущего узла статора, установлен кольцевой ротор 7, со смонтированными на внутренней боковой стенке кольцевыми магнитными вкладышами 8 (например, в виде монолитных магнитных колец из порошкового магнитоанизотропного материала) с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами из р-пар, и выполненные в виде одинаковых по конструкции колец с возможностью перемещения в пазах 9 в направлении оси вращения, и исключающих их поворот относительно кольцевого ротора 7, разделенный упругим элементом 10, например пружинами сжатия. И охватывающие полюсные выступы с якорной обмоткой кольцевого магнитопровода статора. Кольцевой ротор 7 включает в себя кольцевые магнитные вкладыши 8, упругий элемент 10 и упорное кольцо 11. Статор включает в себя кольцевой магнитопровод 2, катушки якорной обмотки 3, внутренний корпус 1 и внешний корпус 12 с центральными отверстиями 13 в торце. Внутренний корпус 1 несущего узла статора сопряжен своей внутренней цилиндрической боковой стенкой с подшипником 5, а внешний корпус 12 с подшипником 6. Кольцевой ротор 7 соединен с валом 4. Кольцевой магнитопровод 2 (с обмотками 3) статора установлен на указанный внутренний корпус 1, который жестко закреплен с внешним корпусом 12, и образуют совместно с последним кольцевую полость 14. Вентилятор 15 для охлаждения якорных обмоток статора расположен на конце вала 4. На внешний корпус установлен кожух 16. Фазы (А, В, С) якорной обмотки 3 на кольцевом магнитопроводе 2 статора соединены между собой в электрическую схему.

Синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов работает следующим образом.

От привода, например от двигателя внутреннего сгорания, через шкив клиноременной передачи (на чертеже не показан), вращательное движение передается к валу 4 с кольцевым ротором 7. При вращении кольцевого ротора 7 с кольцевыми магнитными вкладышами 8 создается вращающийся магнитный поток, пронизывающий воздушный кольцевой зазор между кольцевыми магнитными вкладышами 8 и кольцевым магнитопроводом 2 статора, а также пронизывающие радиальные полюсные выступы (на чертеже не показаны) кольцевого магнитопровода 2 статора. При вращении кольцевого ротора 7 осуществляется также попеременное прохождение «северных» и «южных» чередующихся магнитных полюсов кольцевых магнитных вкладышей 8 над радиальными полюсными выступами кольцевого магнитопровода 2 статора, вызывающее вращение магнитного потока как по величине, так и по направлению в радиальных полюсных выступах кольцевого магнитопровода 2. При этом в якорной обмотке 3 статора наводятся синусоидальная электродвижущая сила (ЭДС) со сдвигом по фазе между собой на угол 120 градусов и с частотой, равной произведению числа пар (р) магнитных полюсов в кольцевом магнитном вкладыше 8 на частоту вращения кольцевого ротора 7. Переменный ток (например, трехфазный), протекающий по якорной обмотке статора 3, подается на выходные электрические силовые разъемы (на чертеже не показаны) для подключения приемников электрической энергии переменного тока.

При увеличении нагрузки на генератор ток, протекающий по якорной обмотке статора 3, увеличивается, при этом увеличивается также сила притяжения, действующая на кольцевые магнитные вкладыши 8. Последние втягиваются в воздушный зазор, сжимая упругий элемент 10, усиливая магнитный поток кольцевых магнитных вкладышей 8. За счет этого стабилизируется напряжение на зажимах обмотки 3 статора генератора. Выполнение статора с указанными кольцевым магнитопроводом 2 и кольцевым ротором 7, смонтированным на одном валу 4, а также кольцевого ротора с возможностью втягивания кольцевых магнитных вкладышей 8 в воздушный зазор, позволяют стабилизировать выходное напряжение и активную мощность синхронного генератора в заданных пределах.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить стабилизацию как выходного напряжения, так и активной мощности при изменении электрической нагрузки генератора.

Предложенный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов может быть использован при соответствующей коммутации якорных обмоток статора для снабжения электроэнергией самых различных приемников переменного многофазного электрического тока с различными параметрами питающего напряжения.

Синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженный размещенными на полюсных выступах электрическими катушками, с многофазной якорной обмоткой статора, установленный на опорном валу с возможностью вращения в опорных подшипниках вокруг кольцевого магнитопровода статора кольцевой ротор со смонтированным на внутренней боковой стенке кольцевым магнитным вкладышем с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами из р-пар, охватывающим полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки кольцевого магнитопровода статора, отличающийся тем, что магнитный вкладыш выполнен в виде двух одинаковых колец, имеющих возможность перемещения в осевом направлении, при этом между кольцами расположен упругий элемент.

Похожие патенты:

Данное изобретение относится к электрической машине (1) для гибридных или электрических транспортных средств. Машина содержит внешний ротор, статор (2), расположенный внутри ротора (3), ротор содержит несущий элемент (4) ротора, роторные пластины (5) и постоянные магниты (6), несущий элемент (4) ротора содержит первую, радиально проходящую часть (7) несущего элемента и вторую, проходящую в осевом направлении часть (8) несущего элемента, которая соединена с ним, вторая часть (8) несущего элемента несет роторные пластины (5) и постоянные магниты (6), а статор (2) имеет статорные пластины (9) и обмотки (10), обмотки образуют головки обмоток (11, 12), которые проходят в осевом направлении с обеих сторон над статорными пластинами (9), также имеет колесо (14) крыльчатки, которое соединено с несущим элементом (4) ротора.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов торцевого типа, которые могут быть использованы преимущественно для получения электрической энергии в ветроэнергетических установках. Конструкция генератора содержит корпус, в котором размещены чередующиеся элементы электромагнитной системы (ротор-статор-ротор), выполненные в виде дисков, установленных на неподвижном валу, где диск статора жестко связан с последним, на дисках роторов закреплены постоянные магниты, а на диске статора — катушки, образующие его кольцевую обмотку с выводом ее концов через осевое отверстие в валу, где корпус состоит из двух щитов — переднего и заднего, установленных на валу в подшипниках, передний щит имеет крышку-вал, диски роторов закреплены на указанных выше щитах, диск статора закреплен на валу многолопастными звеньями с обеих сторон, где каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между электрическими катушками. Достоинствами настоящего генератора являются: меньшие, по сравнению с известными машинами аналогичного типа той же мощности, массогабаритные показатели; надежность в эксплуатации; простота в изготовлении; высокий КПД; технологичность сборки-разборки генератора и его ремонтопригодность; возможность выполнять любых габаритов за счет крепления сердечника статора на неподвижном валу многолопастными звеньями с обеих сторон.

Известен синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов , выполненный по торцевому типу, содержащий статор, состоящий из двух частей с кольцевыми магнитопроводами, расположенными соосно и параллельно друг другу, между которыми помещен ротор.

В используемой конструкции ротор выполнен в виде диска, на который с обеих его сторон закреплены постоянные магниты, вследствие чего возможно их перемагничивание с одной стороны на другую, что приводит к снижению характеристик постоянных магнитов, а, следовательно, уменьшению эффективности работы генератора.

Наиболее близким к заявляемому объекту является торцевой синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов , содержащий два ротора с постоянными магнитами и статор между ними с катушками, уложенными в радиальные пазы, находящимися на торцевой поверхности статора.

Размещение катушек в пазах приводит к уменьшению рабочего зазора, что может привести к залипанию сердечника статора с постоянными магнитами, вследствие чего генератор становится

неработоспособным. Применение пазов приводит к появлению нежелательных гармонических составляющих токов, индукции в зазоре, а, следовательно, к увеличению потерь и, соответственно, к уменьшению КПД генератора. Дисковые роторы связаны между собой силовыми шпильками, что уменьшает жесткость и надежность конструкции.

Технический результат заявляемого решения, в качестве полезной модели, заключается в устранении возможного залипания сердечника статора с постоянными магнитами, что обеспечит гарантированную работу генератора, и уменьшении потерь, а, следовательно, увеличении КПД за счет применения кольцевой обмотки статора. Данная модель имеет более жесткую конструкцию за счет соединения роторов между собой посредством крепления их к корпусу генератора, что повышает его надежность. Сердечник статора закреплен на неподвижном валу многолопастными звеньями с обеих сторон, что приводит к уменьшению массогабаритных показателей торцевого синхронного электрогенератора с возбуждением от постоянных магнитов и позволяет выполнить генератор с достаточно большими внутренним и внешним диаметрами. Предлагаемая модель позволяет обеспечить технологичность сборки-разборки генератора и его ремонтопригодность.

Полезная модель предполагает наличие корпуса, в котором располагаются чередующиеся элементы электромагнитной системы (ротор-статор-ротор), которые выполнены в виде дисков и установлены на неподвижном валу. При этом статор жестко связан с последним. На дисках роторов закреплены постоянные магниты, а на диске статора — катушки, образующие его кольцевую обмотку с выводом ее концов через осевое отверстие в валу. Корпус состоит из двух щитов — переднего и заднего, установленных на валу в

подшипниках. Передний щит имеет вал-крышку. Диски роторов закреплены на указанных выше щитах, а диск статора закреплен на валу многолопастными звеньями с обеих сторон, где каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между электрическими катушками.

На фиг.1 изображен генератор в продольном разрезе; на фиг.2 — статор (вид спереди).

Генератор состоит из статора 1 и двух роторов 2. Сердечник статора выполнен в виде диска, получаемого путем навивки ленты из электротехнической стали на оправку, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру статора. Сердечник закреплен между многолопастными звеньями 3 с обеих сторон. Каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между катушками 4 кольцевой обмотки. Многолопастные звенья закреплены между собой болтами. Их основания выполнены в виде втулок, которые насажены на неподвижный вал 5. Во избежание возможного проворачивания статора звенья зафиксированы шпонкой 6. Для устранения осевого перемещения статора одно многолопастное звено прижато к буртику вала, а другое зажато стальной втулкой 7, прикручиваемой к валу по окружности тремя болтами. Вал имеет осевое отверстие, через которое концы обмотки выведены на клеммную коробку.

Сердечники роторов выполнены из конструкционной стали, как и сердечник статора, в виде дисков, ширина которых равна длине постоянного магнита 8. Постоянные магниты представляют собой кольцевые секторы и приклеены к сердечнику. Ширина магнитов равна ширине катушек статора и приближена к величине полюсного деления. Их размеры ограничены только шириной лопасти, помещаемой между катушками обмотки статора. Сердечники присоединены

винтами с потайными головками к внутренней стороне подшипниковых щитов 9 и 10. Применение винтов с потайными головками уменьшает уровень шума при работе генератора. Щиты выполнены из алюминиевого сплава. Соединены между собой также при помощи винтов с потайными головками — один из щитов имеет специальные углубления, в которые впрессованы стальные гайки (для упрочнения соединения, так как алюминий — мягкий материал), в которые уже и вкручены винты. В щиты установлены подшипники 11 с постоянно заполненной смазкой и двумя защитными шайбами. Подшипниковый щит 9 имеет вал-крышку 12, выполненную из стали. Она выполняет в данном генераторе две функции: а) закрывает подшипник; б) принимает вращение привода. Вал-крышка прикреплена к подшипниковому щиту 9 болтами с внутренней его стороны.

Работа данного генератора осуществляется следующим образом: привод передает крутящий момент через вал-крышку 12 всему корпусу, вследствие чего роторы приходят во вращение. Принцип же действия этого генератора аналогичен принципу действия известных синхронных генераторов: при вращении роторов 2 магнитное поле постоянных магнитов пересекает витки обмотки статора, изменяясь как по абсолютному значению, так и по направлению, и наводит в них переменную электродвижущую силу. Катушки обмотки соединяются последовательно таким образом, что их электродвижущие силы складываются. Генерируемое напряжение снимается с выводных концов обмотки, которые выходят на клеммную коробку через осевое отверстие в валу 5.

Данная конструкция генератора позволяет устранить возможное залипание сердечника статора с постоянными магнитами, а, следовательно, обеспечить гарантированную работу генератора; дает

возможность уменьшить пульсационные и поверхностные потери в стали за счет применения беспазового сердечника и кольцевой обмотки статора, вследствие чего увеличивается КПД. Также позволяет повысить надежность генератора из-за применения более жесткой конструкции (соединение роторов между собой посредством крепления их к корпусу генератора), уменьшить при той же мощности массогабаритные показатели и выполнять генератор любого габарита за счет крепления сердечника статора на неподвижном валу многолопастными звеньями с обеих сторон. Предлагаемая модель позволяет обеспечить технологичность сборки-разборки генератора и его ремонтопригодность.

Торцевой синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий корпус, в котором размещены чередующиеся элементы электромагнитной системы (ротор — статор — ротор), выполненные в виде дисков, установленных на неподвижном валу, где диск статора жестко связан с последним, на дисках роторов закреплены постоянные магниты, а на диске статора — катушки, образующие его кольцевую обмотку с выводом ее концов через осевое отверстие в валу, отличающийся тем, что корпус состоит из двух щитов — переднего и заднего, установленных на валу в подшипниках, передний щит имеет вал-крышку, диски роторов закреплены на указанных выше щитах, диск статора закреплен на валу многолопастными звеньями с обеих сторон, где каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между электрическими катушками.

Генератор с постоянным магнитом (PMG) в системе возбуждения генератора

В продолжение статей о синхронных машинах, хочу поделиться с вами интересной информацией о системе возбуждения основанной на возбуждении обмотки возбудителя за счет дополнительного подвозбудителя, в качестве которого, применяется генератор на постоянных магнитах (PMG – Permanent Magnet Generator ).

Рассматривая предложения различных производителей в одном из таких открыл для себя способ возбуждения синхронного генератора при помощи подвозбудителя на основе генератора на постоянных магнитах (PMG). Обмолвлюсь, что система возбуждения генератора планируется бесщеточная. Пример бесщеточного возбуждения синхронных электродвигателей СТДП я описывал ранее.

Схематичные изображение системы возбуждения турбогенератора с использованием PMG:

Синхронный генератор с постоянными магнитами

— инженерные знания

Здравствуйте, друзья, надеюсь, вы все наслаждаетесь жизнью. В сегодняшнем руководстве я расскажу о синхронном генераторе с постоянным магнитом . Синхронный генератор — это такое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию, передаваемую первичным двигателем генератора. Он также известен как генератор переменного тока. Он называется синхронным генератором, потому что его скорость вращения равна скорости вращения поля на статоре генератора, называемой синхронной скоростью.В этом генераторе предусмотрено внешнее питание для возбуждения генератора, противоположного индукционному генератору . Для возбуждения внешний источник постоянного тока подключен к синхронному генератору.

В сегодняшней публикации мы рассмотрим другой тип синхронного генератора, который называется синхронным генератором с постоянными магнитами. В этом генераторе нет необходимости в отдельном источнике постоянного тока для возбуждения генератора. Мы опишем принцип работы, применение, преимущества, недостатки и некоторые другие связанные параметры этого генератора.Итак, давайте начнем с синхронного генератора с постоянными магнитами .

Синхронный генератор с постоянными магнитами

Синхронный генератор с постоянными магнитами назван так потому, что в этом синхронном генераторе возбуждение обеспечивается постоянным магнитом вместо внешнего источника возбуждения.
Его ротор состоит из постоянного элемента, который генерирует поле возбуждения и заменяет внешний источник питания для генератора.

На большинстве генерирующих электростанций используется синхронный генератор. В паровых турбинах, гидротурбинах, а также в газовых турбинах используется синхронный генератор.
Как и другие генераторы , , физическая структура этого генератора такая же, он также состоит из ротора, который также состоит из постоянного магнита и соединенного с ним вала.
Как и статор других генераторов, этот генератор также имеет статор, который обеспечивает защиту внутренней конструкции от внешней среды.
В постоянном синхронном генераторе нет необходимости в контактных кольцах и угольных щетках, что делает машину менее дорогой и легкой, а также сокращается техническое обслуживание генератора.
Но в генераторах с высоким рейтингом используются генераторы большого размера, которые делают машины несколько дорогими и увеличивают цену.
Генератор, подключенный к силовой электронной схеме преобразования, может работать на меньшей скорости, поэтому коробка передач не требуется.
Наличие редукторов увеличивает стоимость, потери энергии и стоимость ремонта генератора, но без снижения цены редуктора и веса схемы, но это также лучший вариант для морских применений.
По направлению магнитных линий постоянный синхронный генератор делится на три категории: первая — это синхронный генератор с радиальным потоком с постоянными магнитами, вторая — это синхронный генератор с осевым потоком с постоянными магнитами, а третья — это постоянный синхронный генератор с поперечным потоком. .

Что такое синхронная скорость

PMSG называется синхронными генераторами, поскольку частота создаваемого напряжения в статоре или якоре, вычисляемая в герцах, прямо пропорциональна циклам вращения ротора.

Формула для определения синхронной скорости: 120 (f _e / P).
В этом уравнении f _e — это частота напряжения, индуцированного на статоре.
P — номер полюса в генераторе.

Принцип работы синхронного генератора с постоянными магнитами

Работа PMSG зависит от поля, создаваемого постоянным магнитом, прикрепленным к ротору генератора для преобразования механической энергии в электрическую.
Подобно синхронному генератору в PMSG, существует два типа обмоток: первая — это якорь, намотанный на статор, а второй — обмотка возбуждения, намотанная на ротор.
На статоре генератора 6 заземлены медные обмотки, которые намотаны и закреплены на своих местах.
Ротор с постоянным магнитом соединен с подшипником, вращающимся на валу. В этом генераторе 2 ротора, первый находится за статором, а второй — с внешней стороны.
Оба они соединены друг с другом посредством длинных шпилек, перемещаемых через отверстие в статоре.
На эти шпильки, соединяющие роторы, нанесены лопасти.
Эти лопасти вращают ротор для производства электроэнергии.

На рисунке показана конструкция генератора.

Применение постоянного синхронного генератора

Это некоторые области применения синхронного генератора с постоянными магнитами.
Он используется для обеспечения питания для возбуждения высокопроизводительного синхронного генератора.
Во время короткого замыкания эти генераторы обеспечивают питание генератора, подключенного к системе, для поддержания необходимого напряжения для системы.
Он также используется в таких системах производства электроэнергии, где используются ветряные турбины.

Итак, друзья, это подробный пост о синхронном генераторе с постоянными магнитами, я стараюсь изо всех сил упростить эту статью для вас и объяснить каждый параметр, связанный с генератором.Если у вас есть какие-либо дополнительные вопросы по этому сообщению, как в комментариях. Я буду вести вас дальше. Увидимся в следующем уроке. Спасибо за прочтение.

Автор: Генри

http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Синхронный генератор

— обзор

9.3.1 Синхронные генераторы

Синхронные генераторы особенно используются в прямых приводах (т. Е. Без механического умножителя). Синхронные генераторы очень выгодны, когда они имеют большое количество полюсов, однако в этом случае частота становится несовместимой с частотой сети, поэтому требуется инвертор. Следовательно, все машины с прямым приводом имеют регулируемую скорость.На рис. 9.20 показана базовая структура WECS на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (PMSG).

Рисунок 9.20. Синхронный генератор (с фазным ротором) и преобразователь частоты.

Синхронные генераторы с прямым приводом имеют индуктор (ротор) и требуют щеточных колец для подачи постоянного тока. PMSG становятся все более популярными для приложений с регулируемой скоростью и, как ожидается, будут приобретать все большее значение в будущем.

Аэродинамические оси ротора ветряной турбины и генератора могут быть соединены напрямую (т.е.э., без коробки передач). В этом случае генератор представляет собой многополюсный синхронный генератор, рассчитанный на низкую скорость. В качестве альтернативы они могут быть соединены через коробку передач, что позволяет использовать генератор с большим числом полюсов. Для работы с переменной скоростью синхронный генератор подключается к сети через два преобразователя мощности для регулировки частоты, которая полностью разделяет скорость генератора и частоту сети. Следовательно, частота генератора будет изменяться в зависимости от скорости ветра, в то время как частота сети останется постоянной.

Система силового преобразователя состоит из двух преобразователей, со стороны сети и со стороны генератора, соединенных между собой промежуточным звеном постоянного тока.

Основным недостатком этого метода является размер двунаправленного преобразователя, который должен соответствовать мощности генератора переменного тока. Кроме того, необходимо устранить искажения, вызванные гармониками из-за двунаправленного преобразователя, с помощью системы фильтров. Другой недостаток состоит в том, что многополюсная машина требует большого количества полюсов, что увеличивает размер машины по сравнению с генераторами с трансмиссионной муфтой.

Управление активной и реактивной мощностью для PMSG было изучено в работах. [22–28]. В исх. [22] автор предложил способ управления ветроэнергетической системой, которая подключена к ГЭС в условиях неисправности сети. Авторы предложили использовать конденсатор на стороне постоянного тока для кратковременного накопления энергии для компенсации колебаний крутящего момента и скорости, а также для обеспечения стабильной работы ветряной турбины при неисправностях сети. Автор в работе Ref. [23] предложили стратегию управления током, чтобы ограничить сетевой ток, подаваемый на инвертор, и снизить выходную мощность машины во время сбоев в сети.

Стратегия инверторного управления ветроэнергетической системой на основе PMSG при несимметричном трехфазном напряжении была изучена в работе. [24]. Ток короткого замыкания обратной последовательности раскладывается и добавляется к току, рассчитанному контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Этот метод управления обеспечивает трехфазный синусоидальный сбалансированный ток для стороны сети, однако управление напряжением промежуточного контура не рассматривается. Модель, предложенная в [5]. [25–27] не учитывает обмен энергией с индукторами. Таким образом, для случая сильно разбалансированной системы или для системы с высоким значением индуктивности этот метод неэффективен.В исх. В [28] автор предложил стратегию управления с двумя режимами настройки для раздельного управления током короткого замыкания прямой и обратной последовательности. В первом режиме достигаются сбалансированные токи на стороне сети, а во втором режиме уменьшаются пульсации напряжения промежуточного контура при несимметричных условиях сети.

Используя преобразование Парка, фактические напряжение и ток статора преобразуются в их эквиваленты d – q , как показано на рис. 9.21.

Рисунок 9.21. Парковая модель синхронной машины.

Величины статора выражаются в системе отсчета Парка, связанной с ротором:

(9.12) {vsd = Rsisd + dφsddt − ωgφsqvsq = Rsisq + dφsqdt − ωgφsd

Аналогично, потоки статора равны:

φsd = Ldisd + φfφsq = Lqisq

L _d и L _q являются составляющими индуктивности на прямой и квадратурной оси. Предполагается, что у станка гладкие полюса, поэтому L _d = L _q и φ _f представляет собой взаимный поток.

Подставляя уравнение. (9.12) в уравнение. (9.13) дает:

(9.14) {vsd = Rsisd + Lddisddt − ωgLqisqvsq = Rsisq + Lqdisqdt + ωg (Ldisd + φsd)

Произведенный электромагнитный момент равен:

(9.15) Tem = 3 Lq ( ) isdisq + φfisq)

Окончательные формы уравнений PMSG в системе отсчета d — q :

(9.16) {disddt = −RsLdisd + LqLdωgisq + 1Ldvsddisqdtv = + LdLqsql = 32P ((Ld − Lq) isdisq + φfisq) Tem − Tm − fΩg = JdΩgdt

Конфигурация синхронного генератора с постоянным магнитом в ветровых турбинах — обзор технологического статуса, обзор и рыночные тенденции.

Конфигурация синхронного генератора с постоянным магнитом в ветряных турбинах — обзор технологического статуса, обзор и рыночные тенденции.

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 23

ISSN 2229-5518

Конфигурация синхронного генератора с постоянным магнитом в ветряных турбинах — обзор технологического состояния, обзор и тенденции рынка.

Rashmi.R, Ramanujan.V, Purushotham.M

Аннотация — В связи с быстрым развитием технологий ветроэнергетики и значительным ростом установленных во всем мире ветроэнергетических мощностей были разработаны различные концепции ветряных турбин. Требуется, чтобы система преобразования энергии ветра была более конкурентоспособной по стоимости, поэтому необходимо проводить сравнение различных систем ветрогенераторов. Представлен обзор различных систем ветрогенераторов и их сравнение. Во-первых, современные ветряные турбины классифицируются как по характеристикам управления, так и по типам трансмиссии, а также описываются их сильные и слабые стороны.Также исследуются перспективные типы генераторов с постоянными магнитами. Затем представлено количественное сравнение и проникновение на рынок различных систем ветрогенераторов. Наконец, обсуждаются тенденции развития ветрогенераторов и соответствующие критерии сравнения.

Условное обозначение — турбина с регулируемым крылом, полномасштабный преобразователь мощности, синхронный генератор с постоянным магнитом и безредукторный

Concept.

——————————  ——————————

Ветровая энергия может считаться одним из самых многообещающих возобновляемых источников энергии после ее развития в течение последних трех десятилетий.Мировое потребление энергии растет, и все большее внимание уделяется альтернативным методам производства электроэнергии. Очень низкое воздействие возобновляемых источников энергии на окружающую среду делает их очень привлекательным решением для растущего спроса. В этой тенденции к диверсификации энергетического рынка

энергия ветра, вероятно, является наиболее многообещающим
устойчивым источником энергии. Прогресс ветроэнергетики в последние годы превзошел все ожидания, при этом Европа лидирует на мировом рынке.Недавний прогресс в ветроэнергетике привел к снижению затрат до уровней, во многих случаях сопоставимых с традиционными методами производства электроэнергии. Однако его интеграция в энергетические системы
имеет ряд технических проблем, связанных с безопасностью электроснабжения
с точки зрения надежности, доступности и качества электроэнергии
. Воздействие ветровой энергии в основном зависит от ее уровня проникновения
, но также зависит от размера энергосистемы
, сочетания генерирующих мощностей, степени взаимосвязи
с другими системами и вариаций нагрузки.Поскольку распространение ветровой энергии растет, системные операторы проявляют все больший интерес к анализу воздействия энергии ветра на подключенную энергосистему. По этой причине устанавливаются требования к подключению к сети. В последние несколько лет требования к подключению включали, помимо проблем устойчивого состояния, динамические требования, такие как возможность прохождения провалов напряжения. Более того, новая технология ветряных турбин
объединяет силовую электронику и систему управления, что позволяет ветроэнергетике
участвовать в управлении активной и реактивной мощностью
.Типичной конфигурацией генератора для новой турбины с регулируемой частотой вращения является синхронный генератор с постоянным магнитом (PMSG). На данный момент эта концепция является второй по распространенности топологией в ветроэнергетике. Однако в ближайшем будущем у него есть шанс стать лучшим решением, поскольку более высокая стоимость уравновешивается качеством электроэнергии, компенсацией гармоник и полной поддержкой сети.

Вообще говоря, в ветроэнергетике используются турбины с фиксированной или регулируемой скоростью, которые можно разделить на четыре основных типа.Основные различия между этими типами ветряных турбин заключаются в том, что аэродинамическая эффективность ротора будет несовершенной для различных условий скорости ветра.
1. Тип A — ветряная турбина с постоянной скоростью:
2. Тип B — концепция ветряной турбины с переменной скоростью и переменным сопротивлением ротора
.
3. Тип C — концепция ветряной турбины с регулируемой частотой вращения и частичным преобразователем мощности
(DFIG)
4. Тип D — концепция с регулируемой частотой вращения с полномасштабным преобразователем мощности
.

2.1 Тип A:

Асинхронный индукционный генератор с короткозамкнутым ротором (SCIG)
, напрямую подключенный к сети через трансформатор
, работающий с ветряной турбиной типа «A». Так называемая «фиксированная скорость
WT» исходит из того, что скорость вращения ветряной турбины не может контролироваться автоматически и будет отличаться только скоростью ветра. Этот тип ветряной турбины нуждается в переключателе для предотвращения работы двигателя при низких скоростях ветра, а также имеет серьезный недостаток реактивной

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 24

ISSN 2229-5518

Потребляемая мощность впоследствии отсутствует регулятор реактивной мощности. Кроме того, этот тип ветряной турбины
преобразует колебания ветра в механическую нестабильность и дополнительно преобразует их в колебания электроэнергии из-за отсутствия контуров управления скоростью или крутящим моментом.Эти колебания электрической мощности могут привести к возникновению эффекта в случае слабой сети.

2.2 Тип B:

Индукционный генератор с фазным ротором (WRIG), напрямую подключенный к сети, работает с этим типом ветряной турбины. Контролируемые сопротивления включены последовательно с фазными обмотками ротора генератора. Таким образом, можно регулировать полное сопротивление ротора и, таким образом, управлять скольжением и выходной мощностью. Из-за ограничения размеров последовательных сопротивлений диапазон переменной скорости обычно невелик, обычно на 0-10% выше синхронной скорости.

2.3 Тип C:

Эта конструкция, известная как концепция индукционного генератора с двойным питанием (DFIG), использует ветряную турбину с регулируемой скоростью. Фазные обмотки статора индукционного генератора с двойным питанием напрямую подключены к сети, а фазные обмотки ротора подключены к встречно-обратному преобразователю через контактные кольца. Преобразователи мощности могут управлять частотой ротора и, следовательно, скоростью ротора. Номинальная мощность преобразователей мощности обычно составляет
± 30% от номинальной мощности, поскольку ротор DFIG будет иметь дело только с мощностью скольжения.Меньший номинал силовых преобразователей делает эту концепцию привлекательной по сравнению с экономичным прицелом
. Кроме того, этот тип ветряной турбины также может обеспечить желаемую компенсацию реактивной мощности.

2.4 Тип D:

В этой конструкции обычно используются синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG) и полномасштабный преобразователь мощности. Фазные обмотки статора подключаются к сети через полномасштабный преобразователь мощности. В некоторых ветряных турбинах этого типа используется безредукторная концепция, что означает, что вместо подключения редуктора к генератору используется многополюсный генератор с прямым приводом без редуктора.Генератор может быть электрически возбужден с помощью генератора с возбуждением от постоянных магнитов или индукционного генератора с короткозамкнутым ротором. Обычно используется многополюсный синхронный генератор
с прямым приводом (без коробки передач). Эта концепция
имеет полный контроль диапазона скорости от 0 до 100% синхронной скорости
, но более высокие потери мощности в силовой электронике
по сравнению с типом C, поскольку вся генерируемая мощность должна проходить через преобразователь мощности.

Эта конфигурация может соответствовать ветровой турбине с регулируемой скоростью с генератором с прямым приводом, подключенным к сети через полномасштабный преобразователь энергии.Наиболее важным различием между ветряными турбинами с зубчатым приводом и типами с прямым приводом является частота вращения ротора генератора. Генератор с прямым приводом вращается с небольшой скоростью, потому что ротор генератора напрямую соединен со ступицей ротора турбины. Чтобы обеспечить определенную мощность, более низкая скорость требует создания более высокого крутящего момента. Более высокий крутящий момент означает больший размер генератора. Поэтому для генераторов с прямым приводом работа с низкой скоростью и высоким крутящим моментом требует многополюсности, что требует большего диаметра для реализации большого количества полюсов с разумным шагом.Более того, для более крупного генератора с прямым приводом, учитывая ограничения по току нагрузки и плотности магнитного потока в зазоре, более высокий крутящий момент также требует большего объема машины, так что плотность крутящего момента не может быть дополнительно значительно увеличена.
Для повышения эффективности, уменьшения веса активных частей
и сохранения малых потерь в концевой обмотке генераторы
с прямым приводом обычно проектируются с большим диаметром
и малым шагом полюсов. Кроме того, преимуществами
ветряных турбин с прямым приводом являются упрощенная трансмиссия, высокий общий КПД, высокая надежность и доступность за счет отсутствия коробки передач.По сравнению с концепцией переменной скорости с частичным преобразователем мощности, полномасштабный преобразователь мощности может выполнять

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 6, Выпуск 2, февраль-2015 25

ISSN 2229-5518

плавное подключение к сети во всем диапазоне скоростей. Однако он имеет более высокую стоимость и более высокие потери мощности в силовой электронике, поскольку вся генерируемая мощность должна проходить через преобразователь мощности.

Ключевые особенности системы ветрогенератора на основе PMSG:
PMSG может достигать полной регулировки скорости.
PMSG позволяет избежать коробки передач, поэтому,
нет проблем с механическими нагрузками при порывах ветра
.
PMSG не нуждается в контактных кольцах и щетках, следовательно, на
потребуется меньше обслуживания. Следовательно, ветряк
на базе PMSG будет более устойчивым, чем на основе DFIG. PMSG также может контролировать активную и реактивную мощность.Схемы управления относительно просты и легко реализуемы.

Недостаток:

Преобразователи мощности WTGS на основе PMSG имеют номинальную номинальную мощность, что означает, что преобразователи мощности будут вызывать большие потери, генерировать компоненты с высоким уровнем гармоник и иметь высокую стоимость.
В последние годы использование PM более привлекательно
, чем раньше, потому что производительность PM улучшается
, а стоимость PM снижается. Тенденции делают машины PM
с полномасштабным преобразователем мощности более привлекательными для ветряных турбин с прямым приводом.В настоящее время Harakosan и Mitsubishi используют эту концепцию в ветряных турбинах мощностью 2 МВт на рынке. Машины
PM не являются стандартными стандартными машинами, и они допускают большую гибкость в своей геометрии
, так что могут использоваться различные топологии. Машины PM можно разделить на следующие типы: радиальный поток, осевой поток и поперечный поток, в зависимости от направления проникновения потока.

4.1 Радиально-флюсовые станки:

Радиально-флюсовые станки ориентированы радикально.При использовании машин с радиальным магнитным потоком (RFPM) для ветряных турбин с прямым приводом система ветрогенератора может работать с хорошими характеристиками в широком диапазоне скоростей. На производстве самый простой способ сконструировать машину с большим количеством полюсов — это наклеить PM на поверхность ротора. В машинах RFPM длину машины и диаметр воздушного зазора можно выбирать независимо. При необходимости станок для радиального флюса может быть изготовлен с малым диаметром
мм при использовании удлиненного станка. Станки RFPM
обладают преимуществом лучшей и большей плотности крутящего момента.
Два типа станков RFPM: станок для PM с пазами
и станок для концентрирования флюса с пазами. Показаны одна конструкция ротора с установленными на поверхности магнитами и одна конструкция ротора с концентрацией магнитного потока:
a. Поверхностный монтаж. б. Флюс концентрирующий.
По сравнению с концентрацией магнитного потока, магниты на поверхности ротора должны иметь остаточную плотность потока выше, чем требуемая плотность потока в воздушном зазоре, это приводит к очень простой конструкции ротора с малым весом.Также по сравнению с конструкцией с внутренним ротором многополюсная конструкция может быть легко размещена из-за увеличенной периферии барабана с внешним ротором, и, следовательно, общая длина магнитного пути может быть уменьшена.
Поскольку ротор находится под прямым воздействием ветра, условия охлаждения для магнитов могут быть улучшены, так что сопротивление
температурному размагничиванию увеличивается. Более того, Chen et al. также сделали сравнение различных топологий ветряных генераторов с постоянными магнитами. Кроме того, Ханич и Короуджи разработали ветроэнергетический генератор RFPM на основе редкоземельных элементов с новой топологией, состоящий из двух роторов и одного статора с короткими концевыми обмотками.Это может улучшить производительность машины за счет уменьшения веса, повышения эффективности и снижения стоимости активных материалов.

4.2 Машины с осевым потоком PM:

Станки с осевым потоком PM (AFPM) — это машина, создающая магнитный поток в осевом направлении, а не в радиальном направлении. В основном обсуждались два типа AFPM-машин, бесшумный и щелевой поверхностного монтажа. По сравнению со станками RFPM, преимущества станков AFPM можно резюмировать следующим образом:
• простая намотка,
• низкий крутящий момент и шум (в безлаповых станках),
• малая осевая длина,
• более высокое отношение крутящего момента к объему.
• Однако недостатки машин AFPM по сравнению с машинами RFPM следующие:
• меньшее отношение крутящего момента к массе
• больший наружный диаметр, большое количество PM и структурная нестабильность (в безлупной машине)
• сложность поддержания воздушного зазора большого диаметра (в шлицевом станке)
• Сложность изготовления сердечника статора (в шлицевом станке).
Возможности и потенциал машин AFPM
для крупномасштабных ветряных турбин с прямым приводом обсуждаются
здесь.Благодаря более высокой плотности энергии по сравнению с другими традиционными машинами с постоянными магнитами с радиальным потоком
(PM) типа
, машина с осевым потоком PM широко применяется в различных промышленных условиях. В частности, когда он используется в системах большой мощности, он может значительно уменьшить размер. В предыдущих исследованиях они, как правило, анализировали машины с осевым потоком с использованием метода трехмерных конечных элементов (FEM) из-за своей собственной

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 6, Issue 2, February-2015 26

ISSN 2229-5518

структурные особенности, но это неэффективно на начальной стадии проектирования, поскольку требует очень длительного времени анализа для рассмотрения многих вариантов конструкции.
Более того, поскольку характеристики ветряной турбины важны на стадии проектирования и для производительности генерации, каждый рассматривает характеристики ветряной турбины в зависимости от скорости ветра. Кроме того, реальная скорость ветра непостоянна, поэтому крайне необходимо оценивать характеристики при случайном распределении скоростей ветра. Поэтому мы используем систему параллельных тестов для
экспериментов при различных скоростях ветра; результаты
хорошо согласуются со всеми аналитическими результатами.
к любому другому PMSG в принципе.По сравнению с продольными машинами, машины TFPM имеют некоторые преимущества, такие как более высокая плотность усилия, значительно низкие потери в меди и простая намотка. Однако плотность силы машин TFPM с большим воздушным зазором может быть немного высокой или даже низкой в зависимости от внешнего диаметра. Конструкция машин ТФПМ намного сложнее, чем машин с продольным флюсом. По сравнению с машинами RFPM или AFPM, основное отличие состоит в том, что машины TFPM позволяют увеличить пространство для простых обмоток без уменьшения доступного пространства для основного потока, и поэтому машины имеют очень низкие потери в меди.Машины TFPM также могут изготавливаться с очень малым шагом полюсов; однако электромагнитная структура намного сложнее. Машины TFPM также имеют низкий коэффициент мощности, что приводит к увеличению необходимой мощности силового электронного преобразователя.

4.3 Машины с поперечным потоком PM:

Принцип поперечного потока означает, что путь магнитного потока перпендикулярен направлению вращения ротора. Для этой технологии также существуют различные конструкции ротора, такие как ротор с односторонними поверхностными магнитами с односторонней концентрацией потока и с двусторонней концентрацией потока.

Станок для поперечного БДМ накладного монтажа.

Машина с поперечным потоком PM (TFPM) по своей природе является синхронной машиной и будет работать аналогичным образом.

На рынке представлены различные типы ветряных турбин с разными уровнями мощности. Чтобы представить тенденции различных систем ветряных генераторов на рынке, в таблице 1 показаны ветряные турбины с номинальной мощностью более 2 МВт от различных производителей, таких как Vestas, Gamesa, GE
wind, Repower, Nordex и т. Д., Где Концепция ветряной турбины
, тип генератора, номинальная мощность и частота вращения ротора турбины
можно получить на веб-сайтах производителей.Как видно из
, большинство производителей используют концепции ветряных турбин
с редукторным приводом. В ветряных турбинах, производимых Vestas, Gamesa, GE wind, Repower, Nordex и Ecotecnia, используется DFIG с многоступенчатой коробкой передач. Согласно этому обзору, ясно, что на рынке ветроэнергетики по-прежнему доминирует DFIG с многоступенчатой коробкой передач, и наиболее часто используемым типом генератора по-прежнему является индукционный генератор (DFIG, SCIG и WRIG). Две компании, Multibrid и WinWind, используют PMSG с одноступенчатой коробкой передач.Ветряки с прямым приводом используются в Enercon и Zephyros. Enercon применил EESG, а Zepyros применил PMSG. Производитель Vestas сохраняет свои позиции в качестве крупнейшего производителя в мире, за ним следуют Gamesa, Enercon и GE Wind. Доля мирового рынка на конец 2004 года для каждой компании составляет 34%, 17%, 15% и 11%.
На приведенном ниже рисунке показано проникновение на рынок
и доля различных систем ветрогенераторов на основе зарегистрированных данных о рынке мировых поставщиков
за 10-летний период (1995–2004 гг.).Как можно видеть, система SCIG с фиксированной скоростью сократилась примерно в 3 раза за 10 лет, с почти 70% в 1995 г. до почти 25% в 2004 г. Проникновение концепции Optislip на рынок снизилось с 1997 г. в пользу более привлекательная концепция переменной скорости (DFIG). Тенденция ясно указывает на то, что тип WRIG постепенно выводится с рынка. Количество ветряных турбин DFIG увеличилось с 0% до почти 55% от годового

http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 6, Issue 2, February- 2015 27

ISSN 2229-5518

установленная ветроэнергетика за 10 лет, и это, несомненно, становится наиболее доминирующей концепцией в конце 2004 года.Проникновение концепции SG на рынок (EESG или PMSG) мало изменилось за 10 лет, при этом не произошло таких драматических изменений, как у SCIG, WRIG и DFIG. Однако за последние 3 года (2002 2004) наблюдается небольшая тенденция к увеличению. За 10 лет SG с прямым приводом (EESG и PMSG) занимали третье или четвертое место.

Мировая доля годовой установленной мощности для различных систем ветрогенераторов.

Таблица 1

С быстрым развитием технологий ветряных турбин будущие тенденции в отрасли ветряных турбин, вероятно, будут сосредоточены на постепенном улучшении
уже известных технологий, которые можно резюмировать
следующим образом.
• Уровень мощности одиночной ветряной турбины будет продолжать расти, потому что это снижает стоимость размещения ветряных турбин, особенно для морских ветряных электростанций.
• Морская ветровая энергия более привлекательна из-за более высокой скорости ветра и большего пространства, чем береговая ветровая энергия.
• Растущая тенденция состоит в том, чтобы отказаться от одинарных ветряных турбин с рассредоточенной головкой в пользу концентрированных ветряных турбин в крупных ветряных электростанциях.
• Растущая тенденция проникновения энергии ветра в энергосистему.

Проникновение энергии ветра в энергосистему продолжает расти, что означает, что ситуация с большими ветровыми электростанциями меняется от простых источников энергии к имеющим статус электростанции с характеристиками поддержки сети. Одной из основных проблем в настоящем и ближайшем будущем является подключение и оптимальная интеграция крупных ветряных электростанций в электрические сети. С увеличением мощности ветровой энергии операторы системы передачи
(TSO) стали обеспокоены воздействием высоких уровней выработки ветровой энергии на энергосистемы.Чтобы обеспечить крупномасштабную интеграцию ветроэнергетики, TSO издали сетевые кодексы и требования к сетям для подключения и эксплуатации ветряных турбин. Основные проблемы сетевых кодов можно резюмировать следующим образом:
• регулирование активной мощности,
• регулирование реактивной мощности,
• регулирование напряжения и частоты,
• качество электроэнергии, например, мерцания и гармоники,
• возможность устранения неисправностей .

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 28

ISSN 2229-5518

Как упоминалось выше, регулятор мощности возможности и возможность устранения неисправностей в основном касаются некоторых TSO.Ветровые электростанции должны вести себя как обычные электростанции в энергосистемах, например, регулировать активную и реактивную мощность, а также регулировать частоту и напряжение. Кроме того, требуется возможность обхода неисправностей, чтобы избежать значительных потерь выработки энергии ветра в случае неисправности сети. Это означает, что ветряные турбины должны оставаться подключенными и вносить вклад в сеть в случае нарушения, например, падения напряжения. Они должны немедленно подавать активную и реактивную мощность для восстановления частоты и напряжения после устранения неисправности.Только когда сетевое напряжение падает ниже кривой (по продолжительности или уровню напряжения), турбину разрешается отключать.

Согласно обзору различных систем ветрогенераторов и с учетом требований к сетевому подключению ветровых турбин, тенденции развития систем ветрогенераторов можно резюмировать следующим образом.

8.1 Концепция переменной скорости:

Работа с переменной скоростью очень привлекательна по ряду причин, включая снижение механических нагрузок и увеличение захвата мощности.Как уже упоминалось, рыночная доля концепции фиксированной скорости немного уменьшилась, тогда как доля ветряных турбин с регулируемой скоростью вращения увеличилась. Для различных концепций ветряных турбин с регулируемой частотой вращения многоступенчатый редукторный привод DFIG с частичным преобразователем мощности по-прежнему доминирует на текущем рынке. По сравнению с другими концепциями регулируемой скорости с полномасштабным преобразователем мощности, основное преимущество этой концепции заключается в том, что через преобразователь мощности проходит только 30% генерируемой мощности, так что она может иметь существенные преимущества по стоимости даже при использовании недорогой силовой электроники в преобразователе мощности. будущее.Однако с точки зрения возможности отключения при отказе система DFIG должна выдерживать большие пиковые токи во время замыканий в сети, поэтому может потребоваться усовершенствованная система защиты. Напротив, ветряные турбины с регулируемой скоростью и полномасштабным преобразователем мощности могут быть более эффективными и менее сложными для решения проблем, связанных с сетью. Поэтому концепции ветряных турбин с регулируемой скоростью и полномасштабным преобразователем мощности
станут более привлекательными.

8.2 Концепция с прямым приводом:

По сравнению с системами ветрогенераторов с редукторным приводом, основными преимуществами систем ветрогенераторов с прямым приводом являются более высокая общая эффективность, надежность и доступность из-за отсутствия редуктора.Хотя размер генераторов с прямым приводом обычно больше, это не может быть серьезным недостатком для морской ветроэнергетики.

Тип генератора с возбуждением 8,3 PM:

Машины с возбуждением PM более привлекательны и превосходят их с более высоким КПД и выходом энергии, более высокой надежностью и соотношением мощности к весу по сравнению с машинами с электрическим возбуждением. Согласно вышеупомянутому обзору машин RFPM, AFPM и TFPM, машины RFPM с поверхностным монтажом PM могут быть более подходящими для типов генераторов PM с прямым приводом из-за обеспечения простой конструкции генератора, хорошего использования активных материалов, а также возможности относительно небольшой диаметр по сравнению со станками AFPM и TRPM.В случае машин AFPM недостатки, которые затрудняют увеличение стоимости станка и затрудняют его изготовление, должны быть устранены или значительно улучшены. Хотя машины TFPM имеют некоторые преимущества, такие как высокая плотность усилия и простая обмотка с низкими потерями в меди, недостатки, такие как низкая плотность усилия в большом воздушном зазоре, сложная конструкция в производстве и низкий коэффициент мощности, могут быть очевидны. Тем не менее, TFPM все еще имеет потенциал для использования в качестве генератора PM с прямым приводом с новой конструкцией топологии, поскольку машины более гибкие для новых топологий.Учитывая, что производительность PM улучшается, а стоимость PM снижается в последние годы, в дополнение к тому, что стоимость силовой электроники снижается, машины PM с прямым приводом с регулируемой скоростью и полномасштабным преобразователем мощности становятся более привлекательными для оффшорных ветроэнергетических установок. полномочия. С другой стороны, концепции регулируемой скорости с полномасштабным преобразователем мощности и одно- или многоступенчатым редуктором приводной передачи
могут быть интересными решениями не только с точки зрения годовой выработки энергии
на затраты, но и с точки зрения общей
вес.Например, рыночный интерес к системе PMSG с многоступенчатой коробкой передач или одноступенчатой коробкой передач увеличивается. Хотя рыночная доля концепции ветряных турбин с фиксированной скоростью уменьшилась, рыночный интерес к SCIG на основе ветряных турбин может возрасти, если будет продемонстрировано, что ветряные электростанции на базе технологий передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC), состоящие из таких SCIG, устойчивы к сбоям в сети. Поскольку HVDC может повысить способность противостоять сбоям в энергосистеме, следовательно, генераторы, чувствительные к сбоям энергосистемы, такие как SCIG, могут использоваться без проблем с прохождением отказов энергосистемы.Кроме того, система SCIG с регулируемой скоростью и полномасштабным преобразователем мощности использовалась для ветряных турбин мощностью более 3 МВт, таких как модель Bonus 107 мощностью 3,6 МВт ветряной электростанции Siemens. Ясно, что силовая электроника продолжит играть важную роль в интеграции будущих крупных ветряных электростанций и проектировании систем ветрогенераторов.

Для сравнения различных систем ветрогенераторов могут использоваться различные критерии, включая плотность крутящего момента, стоимость крутящего момента, эффективность, вес активного материала, внешний диаметр, общую длину, общий объем, общий

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 6, Issue 2, February-2015 29

ISSN 2229-5518

Стоимость генератора, годовая выработка энергии, выход энергии в расчете на стоимость, стоимость энергии и скоро. Тем не менее, с увеличением проникновения энергии ветра в сети и развитием требований к подключению к сети, общие качественные критерии сравнения, учитывающие качество энергии ветра и выработку энергии ветра, могут оказаться целесообразными для рассмотрения.
• Современные тенденции исследований и разработок концепций ветряных турбин в основном связаны с морской ветроэнергетикой. Наиболее важное различие между требованиями к наземным и морским ветроэнергетическим технологиям заключается в том, что для морских турбин гораздо важнее быть надежными и необслуживаемыми, поскольку это чрезвычайно дорого, сложно и даже невозможно выполнять техническое обслуживание на суше и ремонт
при некоторых погодных условиях. условий, так что
надежность и доступность больших ветрогенераторов
могут быть более важными аспектами
, которые следует принимать во внимание.
• С увеличением проникновения ветровой энергии в сеть, некоторые характеристики, связанные с требованиями к сетевому подключению, могут потребоваться при количественном сравнении. Например, решение проблемы мерцания может повлечь дополнительные расходы в зависимости от типов систем ветряных генераторов. Способность преодолевать неисправности также сильно зависит от типа систем ветрогенераторов.
• Некоторые показатели производительности, относящиеся к ветровым турбинам, могут иметь важное влияние на годовую выработку энергии ветрогенераторов.Например, для сравнения
различных систем ветрогенераторов необходимо учитывать скорость включения и отключения ветра, поскольку они могут
влиять на годовую выработку энергии и доступное время работы ветряных турбин
с вариациями
типов генераторов.
Дальнейшее развитие концепций ветряных турбин с регулируемой скоростью будет сосредоточено на оптимизированных турбинах и, следовательно, на переходе к более экономичным машинам. Общее и практическое сравнение различных систем ветрогенераторов, включая методы, экономичность, функцию управления, доступность и надежность, может потребовать дальнейшего изучения.

В статье представлен обзор различных концепций ветряных турбин и возможных типов генераторов. Описываются основные конфигурации и характеристики различных систем ветрогенераторов, основанных на современных концепциях ветряных турбин, с указанием их преимуществ и недостатков. Перспективные машины PM с прямым приводом, такие как машины AFPM, RFPM и TFPM, были обследованы
человек. Подробный анализ был проведен на основе обзора количественного сравнения различных систем ветряных генераторов, а также их проникновения на рынок.Были представлены тенденции развития ветрогенераторов, а также обсуждены некоторые критерии сравнения.
Производительность PM улучшается, а стоимость PM
снижается в последние годы, что делает машины PM
с регулируемой скоростью с прямым приводом и полномасштабным преобразователем мощности более привлекательными для морских ветроэнергетических установок. В связи с растущим уровнем проникновения ветряных турбин в современные энергетические системы, проблемы с подключением к сети поставили несколько новых проблем при проектировании и разработке ветряных турбин.
Будущий успех различных концепций ветряных турбин будет во многом зависеть от их способности соответствовать ожиданиям рынка и требованиям сетевых компаний.

ОБ АВТОРАХ:

Rashmi.R, Ramanujan.V и Purushotham.M в настоящее время изучают электротехнику и электронику в инженерном колледже SSN, Ченнаи, Индия.
Эл. Почта: [email protected] [email protected] [email protected]

ССЫЛКИ

[1] ЧЕН З, БЛААБЬЕРГ Ф .: «Ветровая энергия — самый быстрорастущий источник энергии в мире», IEEE Power Electron.Soc. Newsl., 2006,

18, (3), pp. 15–19

[2] «Отчет Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) о глобальном ветре за 2006 год», доступен по адресу: http://www.gwec.net/ uploads / media / gwec-

2006_final.pdf

[3] HANSEN AD, HANSEN LH: «Распространение концепции ветряных турбин на рынок за 10 лет (1995– 2004)», Wind Energy, 2007, 10, (1), pp. 81–97

[4] ERLICH I, WINTER W, DITTRICH A: «Расширенные сетевые требования для интеграции ветряных турбин в немецкую систему электропередачи».Общее собрание энергетического общества IEEE, 18–22 июня 2006 г.

[5] CHEN Z, BLAABJERG F: «Ветряные турбины — экономичный источник энергии», Przeglad Elektrotechniczny, 2004, R. 80, (5), pp. 464 –469

[6] BLAABJERG F, CHEN Z, KJAER SB: «Силовая электроника как эффективный интерфейс в распределенных системах выработки электроэнергии», IEEE Trans. Power Electron., 2004, 19, (5), pp. 1184–1194

[7] ENERCON GmbH, доступно по адресу: http: //www.enercon. de / en / _home.html

[8] Winwind OY, доступно по адресу: http://www.winwind.fi/

english / tuotteet.html,

[9] Harakosan Europe BV, доступно по адресу: http: // www. harakosan.nl/products/

[10] Ветряные системы Vestas, доступно по адресу: http: //www.vestas. com / vestas / global / en / Downloads / Downloads / Download_brochurer.htm

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 30

ISSN 2229-5518

[11] Siemens AG, доступно по адресу: http: // www.выработка энергии.

siemens.com/ en / windpower / products / index.cfm

[12] Repower systems AG, доступно по адресу: http: / jwww.repower. de / index.php? id = 12 & L = 1.

[13] Nordex AG, доступно по адресу: http: / jwww.nordex-online. ru / en / products-services / wind-turbines.html.

[14] Multibrid, доступно по адресу: http: / jwww.multibrid.com/

m5000 / data.html.

I £ ER 2015 http://WWW.ISer.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 31

ISSN 2229-5518

I £ ER 2015 http: / / WWW.ISer.org

(PDF) Синхронные генераторы с постоянными магнитами с различными конструкциями и стратегиями управления

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Udc / (V)

Iq * / [(× -1) A]

1200 об / мин

900 об / мин

600 об / мин

300 об / мин

(a)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Udc / (В)

Iq * / [(× -1) A]

Id * = — 5A

Iq * (макс.) = 19.36A

1500 об / мин

1200 об / мин

900 об / мин

600 об / мин

300 об / мин

(b)

18 20

Udc / (В)

Iq * / [(× -1) A]

Id * = — 10A

Iq * (макс.) = 17,32 A

2100 об / мин

1800 об / мин

1500 об / мин

1200 об / мин

900 об / мин

600 об / мин

300 об / мин

(c)

6000 12 142 0 2

Udc / (В)

Iq * / [(× -1) A]

Id * = — 15A

Iq * (max) = 13.23A

3000 об / мин

2700 об / мин

2400 об / мин

2100 об / мин

1800 об / мин

1500 об / мин

1200 об / мин

900 об. / Мин. Дизайн-2. (а) Id * = 0A. (b)

Id * = — 5A. (c) Id * = — 10А. (d) Id * = — 15А.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Эта работа была поддержана Фондом естественных наук

Китай (51077116) и Национальным исследовательским центром высоких технологий

и Программой развития Китая (программа 863)

(2011AA11A101).

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] Донг-Мин Мяо и Цзян-Синь Шен, «Моделирование и анализ

синхронного генератора с регулируемой частотой вращения на постоянных магнитах с контролем ослабления потока

», Международная конференция по возобновляемой энергии

Исследования и Application (ICRERA), Нагасаки, Япония, 11–14 ноября

2012.

[2] Саид Джавади и Моджтаба Мирсалим, «Генератор осевого потока с постоянным магнитным потоком

без сердечника для автомобильных приложений», IEEE Transactions on

Magnetics, Vol.44, № 12, стр. 4591-4598, декабрь 2008 г.

[3] Фабио Джулии Каппони, Роберто Терриги, Федерико Карикки и Лука Дель

Ферраро, «Активное регулирование выходного напряжения для безжелезного осевого потока PM

автомобильный генератор переменного тока с электромеханическим ослаблением магнитного потока », IEEE

Transactions on Industry Applications, Vol. 45, No. 5, pp. 1785-1793,

, сентябрь / октябрь 2009 г. ”, 2009

Вторая международная конференция по интеллектуальным вычислениям

Технологии и автоматизация (ICICTA), Vol.1, Чанша, Китай, стр.

898-901, 10-11 октября 2009 г.

[5] Юкинори Иноуэ, Шигео Моримото и Масаюки Санада, «Максимизация вывода

с использованием прямого управления крутящим моментом для бессенсорного переменного ветра

система генерации с использованием IPMSG », Труды 13-й Международной конференции IEEE

по силовой электронике и управлению движением

(EPE-PEMC), Познань, Польша, стр. 1859-1865, 1-3 сентября 2008 г.

[6] Юкинори Иноуэ, Шигео Моримото и Масаюки Санада, «Метод контроля

для PMSG с прямым управлением крутящим моментом в системе ветроэнергетики

», Международная конференция по электрическим машинам и приводам IEEE

(IEMDC), Майами, Флорида, стр.1231-1238, 3-6 мая 2009 г.

[7] Джонг-Хван Сон, Чан-Мок Ким и Сын-Ки Сул, «Новый надежный

SPMSM Control для изменения параметров в области ослабления потока»,

Труды 22-й Международной конференции IEEE по промышленной электронике, управлению и контрольно-измерительным приборам

(IECON’1996), Vol. 2, Тайбэй,

Тайвань, 9–9 августа 1996 г., стр. 1193–1198.

[8] Моника Чинчилла, Сантьяго Арналтес и Хуан Карлос Бургос, «Контроль

генераторов на постоянных магнитах, применяемых к ветру с переменной скоростью.

Энергетические системы, подключенные к сети», Транзакции IEEE по преобразованию энергии

, Vol.21, № 1, стр. 130-135, март 2006 г.

[9] Томас М. Янс, «Работа в режиме ослабления магнитного потока внутреннего привода с постоянным магнитом

», IEEE Transactions on

Industry Приложения, Vol. IA-23, No. 4, pp. 681-689, July / August 1987.

[10] Сигео Моримото, Йоджи Такеда, Такао Хираса и Кацунори Танигучи,

«Расширение рабочих пределов для двигателя с постоянными магнитами по току

векторное управление с учетом мощности инвертора », IEEE Transactions on

Industry Applications, Vol.26, No. 5, pp. 866-871, сентябрь / октябрь

1990.

[11] SD Sudhoff, KA Corzine и HJ Hegner, «Стратегия ослабления потока

для регулируемых по току постоянных -магнит

приводов машин », IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, No.

3, pp. 431-437, сентябрь 1995 г.

[12] Олорунфеми Оджо, Феми Осалони, Чжицяо Ву и Майк Омойгуи, «Стратегия управления

для оптимальной работы с высокой производительностью

внутренние приводы с двигателями на постоянных магнитах », Протоколы 38-й конференции по промышленным приложениям

IEEE (IAS’2003), Vol.1, Солт

Лейк-Сити, США, стр. 604-610, 12-16 октября 2003 г.

[13] Цзюнн-Цзян Чен и Кан-Пинг Чин, «Минимальный поток потерь меди —

Контроль ослабления поверхностный монтаж синхронных двигателей с постоянными магнитами

”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 18, No. 4, pp.

929-936, июль 2003.

Анализ динамики и крутящего момента синхронного генератора с постоянными магнитами из магнитомягкого композитного материала

Ключевые слова: синхронный генератор с постоянными магнитами, вибрация, радиальная сила, ветер турбина, MEC, FEA, SMC.

1. Введение

По мере того как ветряные турбины становятся все более рентабельными, их использование в национальной энергосистеме растет. Были разработаны и построены различные концепции ветряных турбин для максимального использования энергии, минимизации затрат и повышения качества электроэнергии в течение последних двух десятилетий. Если рассматривать тип генератора, систему генератора можно разделить на машины с электрическим возбуждением и машины с постоянными магнитами (PM). Эволюция ветряных турбин в промышленность от заводов началась в дни пика добычи нефти в 1970-х годах.В связи с этим кризисом стало важным технологическое развитие, а также спрос на сырье. В начале 80-х годов популярность энергии ветра резко возросла, и начали создаваться ветряные электростанции. Возобновляемые источники энергии стали более важными не только из-за нехватки обычного сырья, но и из-за двух важных вопросов энергетической политики: надежности и устойчивости, которые делают использование этих ресурсов обязательным. В возобновляемых источниках энергии, несомненно, используется в первую очередь энергия ветра.

Синхронные машины с постоянными магнитами обладают высокой удельной мощностью и производительностью. Синхронную машину с постоянными магнитами можно рассматривать как машину, возбуждающую стабильным током возбуждения, которая содержит магниты вместо обмоток ротора традиционной синхронной машины. Следовательно, он действует как традиционная синхронная машина в состоянии синусоидального питания фиксированной частоты на PMSM. Поскольку PMSM не содержит обмоток на роторе, потеря возбуждения в традиционных синхронных машинах превалирует, и, таким образом, охлаждение машины становится более легким.В синхронных двигателях с постоянными магнитами есть три основных компонента крутящего момента. К ним относятся: момент возникает из-за взаимодействия поля ротора и токов статора, момент сопротивления, связанный со структурой ротора, и крутящий момент возникает из-за постоянных магнитов и пазов. В пределах этих крутящих моментов зубчатый крутящий момент не влияет на центрирующий крутящий момент, хотя, особенно на низких скоростях, скорость способствует колебаниям и вибрации. Синхронная машина с постоянным магнитом для поверхностного монтажа не имеет реактивного момента.Однако его зубчатый момент довольно высок. Эта составляющая крутящего момента приводит к пульсации крутящего момента и увеличивает вибрацию.

При использовании обмоток с дробным пазом возможны различные комбинации числа полюсов и числа зубцов. Однако магнитное поле этих обмоток имеет больше пространственных гармоник, включая субгармоники. Эти нежелательные гармоники приводят к нежелательным эффектам, таким как локальное насыщение сердечника, шум и вибрация, а также потери на вихревые токи в магнитах, которые являются основными недостатками этих типов обмоток.Распределение радиальной плотности силы на поверхности статора, которое возникает из-за магнитного поля в воздушном зазоре в условиях холостого хода (разомкнутой цепи) и под нагрузкой, является основной причиной электромагнитно-индуцированного шума и вибрации. Важно правильно определить плотность магнитного потока в воздушном зазоре синхронной машины с постоянными магнитами, чтобы оценить характеристики машины, такие как аналитически полученный момент и обратная ЭДС. Есть много параметров, которые влияют на производительность машины.Характеристики материалов и геометрическая структура станка являются исходными. Каждая деталь должна быть разработана по эскизному проекту. Конструкция этих машин связана с правильным расчетом характеристик эскизных проектов. Геометрия машины и возбуждение обмоток статора влияют на распределение магнитного поля, тем самым влияя на крутящий момент. Другой компонент силы в PMSM — это радиальная сила, которая потенциально может вызвать радиальные колебания в статоре.Как уже упоминалось, компоненты крутящего момента зависят от распределения магнитного поля в воздушном зазоре [1].

Недавно материалы SMC использовались во многих приложениях переменного тока, таких как двигатели, трансформаторы и датчики [2]. Новые мягкие магнитные композитные материалы (SMC) имеют множество преимуществ по сравнению с обычной ламинированной сталью в приложениях электромагнитных систем [3]. Наиболее важные из этих преимуществ:

• изотопные магнитные и термические материалы,

• с низкими вихревыми потерями,

• с низкими полными потерями на средних и высоких частотах.

В этом исследовании радиальные силы, обратная ЭДС и крутящий момент синхронной машины с постоянным магнитом SMC анализируются с помощью теоремы о двумерной магнитной эквивалентной схеме. Анализируемая машина имеет 9 слотов и 10 полюсов. В этом исследовании сравнивается материал SMC и обычная сталь.

2. Свойства материала SMC

Основная структура SMC — это стальные частицы высокой чистоты. Эти частицы покрыты покрытием из органического материала. Покрытые частицы прессуются в жесткий материал с помощью пресса.Материалы такого типа обычно являются магнитно-изотопными из-за того, что они являются естественными частицами, что упрощает их проектирование [2-3]. SMC включают частицы железа, покрытые диэлектрической пленкой. Эти частицы железа защищали друг друга электрической изоляцией. Из-за этого такие материалы обладают высоким электрическим сопротивлением. Эти материалы структурированы прессованными частицами. Удельное сопротивление SMC зависит от механических и ферромагнитных характеристик SMC, размеров и плотности частиц железа, изоляционного материала, процесса прессования и тепловых характеристик.Магнитные и механические характеристики материала SMC зависят не только от частиц железа, но также от количества масла и смолы, а также от процесса холодного или горячего прессования. Если материал SMC не спеченный, износостойкость будет ниже по сравнению с ламинированным или спеченным SMC. Характеристики материала SMC могут быть сделаны пригодными для специальных применений [4-5]. Принципиальная схема составных частей порошкового сердечника представлена на рисунке 1.

Изотопические магнитные характеристики обеспечивают плотность потока в магнитной цепи ротора в осевом направлении, таким образом, общая осевая длина двигателя может быть уменьшена без потери характеристик двигателя [7].Магнитные цепи создают трехмерные магнитные линии, и используются различные радиальные топологии для получения высоких характеристик двигателя [2]. Благодаря трехмерному распределению магнитного потока в материалах SMC зубья могут быть увеличены в осевом направлении, таким образом, магнитный поток на зубьях и ярме ротора увеличивается. При такой конструкции активная длина воздушного зазора стала максимальной [7]. Материал SMC особенно удобен для изготовления 3D-флюсовых машин [8]. Кроме того, он снимает ограничения магнитного поля ламинирования. Из-за изоляции частиц железа поверхностным покрытием и когерентами он имеет более низкие потери на завихрение, чем многослойная сталь, особенно на высоких частотах.При полной потере гистерезисные потери выше. За счет увеличения частоты возбуждения рост потерь в сердечнике SMC ниже, чем в электротехнической стали. Материалы SMC очень полезны для двигателей, работающих на высоких частотах, но на низких и средних частотах они не так хороши, как электротехническая сталь с высокой степенью ламинирования. SMC подходит для крупногабаритных двигателей по низким ценам.

Рис. 1. Принципиальная схема составных элементов порошкового сердечника [6]

Рис.2. Сравнение кривых B-H для электротехнической стали и материала SMC.

В литературе есть много исследований, посвященных развитию двух важных характеристик материала SMC. Эти две характеристики:

• повышение чистоты и уменьшение деформации между частицами за счет уменьшения коэрцитивной силы и увеличения магнитной проницаемости магнитных частиц,

• повышение плотности, электрического сопротивления и термического сопротивления под давлением [3].

Для машин с сердечником из многослойной кремнистой стали хорошие магнитные характеристики могут быть получены с помощью плоской магнитной линии. Это обеспечивает двухмерную магнитную цепь. Покрытие изолятора SMC имеет изотропные магнитные характеристики. Таким образом, трехмерные магнитопроводы могут быть получены из электрических машин, сконструированных из этого материала.

Насыщенность материала

SMC зависит от композита, чистоты и плотности. Плотность потока насыщения, относительная проницаемость и индукция материала SMC ниже, чем у кремнистой стали.Индукция связана с проницаемостью в слабых магнитных полях. Насыщенность важна в сильных магнитных полях. Из-за низкой индукции MMF можно увеличить за счет увеличения потока в сердечнике, таким образом, можно увеличить площадь зубьев. Увеличение площади зубьев невозможно без увеличения ширины паза, поэтому увеличение площади зубьев увеличивает габариты двигателя. Лучший способ увеличить МДС — использовать постоянный магнит с более высокой коэрцитивной силой [8, 9]. Другой метод — изменение структуры материала SMC.При подготовке материала SMC, если может быть обеспечено внешнее магнитное взаимодействие, проницаемость будет увеличена, а магнитное сопротивление уменьшено. Этот метод называется внешним потоком взаимодействия. С помощью этого метода потери стали SMC могут быть уменьшены до 6,25% [10]. Кривые намагничивания SMC и кремнистой стали показаны на рисунке 2.

3. 10 полюсов, 9 разъемов, SMC malzemeli, синхронный генератор с постоянными магнитами, анализ MEC

Двумерный разрез машины показан на рисунке 3.Обмотки статора сосредоточены вокруг каждого полюса статора. Количество витков обмотки каждой фазы — 216. Редкоземельный магнит «Nd-Fe-B» утоплен в железе ротора. Остаточная плотность магнитного потока Br и коэрцитивная сила Hc постоянного магнита составляют примерно 1,3 Тл и 1000 кА / м соответственно. Для представленного анализа были сделаны следующие допущения:

• используемые материалы имеют однородные свойства,

• Ns = Нм,

• сначала без нагрузки,

• зубья статора и постоянные магниты жесткие; эти компоненты не испытывают деформации из-за радиальной и тангенциальной силы,

• гистерезис и вихревые токи не учитываются,

• ток принимается синусоидальным,

• В сердечнике статора используется материал SMC.

Рис. 3. Двумерный разрез синхронной машины с постоянными магнитами

Для метода MEC сначала изучается состояние холостого хода.

Перед расчетом обратной ЭДС, плотность потока в воздушном зазоре (Bg) определяется решением MEC на рисунке 4 как:

(1)

X1 = G1-Gt, 200… -Gt, 1G2-Gt, 30… 0-Gt, 2G3-Gt, 4 ……………… 00… -Gt, Ns-1GNsNs × Ns,

(2)

Y1 = -Gl, 10000… 0-Gl, 2000… 00-Gl, 300… 000-Gl, 40 ………………… 0000… -Gl, NsNs × Ns,

(3)

Z1 = Ggap1,1-Gmut1,100… -Gmut1,1Ggap2,2-Gmut3,30… 0-Gmut2,2Ggap3,3-Gmut4,4 ……………… 00… -GmutNs-1, Ns-1GgapNs, NsNs × Ns,

(9)

Rs = wsbμ0μrec, stellAs,

, где Rm — сопротивление магнита, Rg — сопротивление воздушного зазора, Rr — сопротивление ротора, Rs — сопротивление статора, Rl — сопротивление утечки, а Kl — коэффициент утечки, и его значение меньше единицы.

Рис. 4. MEC для щелевой конструкции при отсутствии нагрузки

Вот такие:

GNs = 1Rsy, Ns + Rt, Ns + Rt, Ns-1 + Rl, Ns,

GgapNs, Ns = 1Rg, Ns + Rl, Ns + Rg, Ns-1 + Rm, Ns + Rm, Ns-1,

Gmut1, Ns = 1Rg, Ns-1 + Rm, Ns-1.

Секунда изучается по состоянию нагрузки. Следующее уравнение используется для получения количества столбцов MEC в условиях нагрузки:

(11)

GCD (10, 9) = 1,
Номер столбца = NsGCD (Ns, 2p) = 9.

Магнитное сопротивление магнита Rm [A / Wb] и сопротивление зазора Rg [A / Wb] рассчитываются отдельно от магнитного сопротивления модели без нагрузки, потому что поток реакции якоря пересекает воздушный зазор и магниты на расстоянии одного шага паза τs [м] (см. рис. 5):

(12)

X2 = Gload1-Gloadt, 200… -Gloadt, 1Gload2-Gloadt, 30… 0-Gloadt, 2Gload3-Gloadt, 4 ……………… 00… -Gloadt, Ns-1GloadNsNs × Ns,

(13)

Y2 = -Gm, δ, 10000… 0-Gm, δ, 2000… 00-Gm, δ, 300… 000-Gm, δ, 40 ………………… 00000-Gm, δ, NsNs × Ns,

(14)

Z2 = Gload, gap1,1-Gload, mut1,100… -Gload, mut1,1Gload, gap2,2-Gload, mut3,30… 0-Gload, mut2,2Gload, gap3,3-Gload, mut4,4 …… ………… 00….-Gload, mutNs-1, Ns-1Gload, gapNs, NsNs × Ns,

(19)

Rs = wsbμ0μrec, stellAs.

Общий поток:

Вот такие:

Gload, зазор = 12 × Rg + 2 × Rm + Rm, δ, Gload, mut = 1Rg + Rm.

Рис. 5. MEC в условиях нагрузки

4. 10-полюсный 9-слотовый SMC malzemeli синхронный генератор с постоянными магнитами Анализ МКЭ

Эта машина анализируется программой Flux 3D. Рассчитываются плотность потока в воздушном зазоре ротора и значение крутящего момента двигателя.Чтобы сравнить характеристики двигателей из разных материалов, PMSM с материалом SMC и PMSM со сталью M19 имеют одинаковую структуру статора и ротора с одинаковыми размерами, номинальная мощность обоих двигателей составляет 1,5 кВт. Размеры ротора и статора показаны в Таблице 1 и Таблице 2. На Рис. 6 показан паз статора.

Таблица 1. Параметры статора PMSM

Внутренний радиус статора	20.6 мм
Внешний радиус статора	38 мм
Длина воздушного зазора	0,6 мм
Ширина зазора	7,5 мм

Таблица 2. Параметры ротора ПМСМ

Внутренний радиус ротора	8 мм
Внешний радиус ротора	20 мм
Длина магнита	2.5 мм

Рис. 6. Размеры паза статора

На рис. 7 плотность магнитного потока показана как для станка из материала SMC, так и для стального станка. Как видно из рисунков, машина SMC имеет меньшую плотность магнитного потока. Таким образом, значения крутящего момента и обратной ЭДС будут ниже, но уменьшение крутящего момента и обратной ЭДС очень мало. См. Также данные в таблицах 3 и 4.

Рис.7. а) Плотность потока синхронной машины с постоянными магнитами со стальным статором, б) Плотность потока синхронной машины с постоянными магнитами со статором SMC

а)

б)

Таблица 3. Сравнение FEA и MEC для машины SMC

Для стали	ФЭМ	MEC
Bgmax	1.15	1,1
Btmax	1,8	1,77
Bsymax	1,5	1.45

Таблица 4. Сравнение FEA и MEC для стальной машины

для SMC	ФЭМ	MEC
Bgmax	1.05	1,0
Btmax	1,4	1,35
Bsymax	0,8	0.75

5. Структура обмотки

Набор обмоток влияет на характеристики электрических машин, в частности противоэлектродвижущую силу. Тип обмотки электрической машины определяется количеством q пазов на полюс на фазу машины в соответствии со следующими правилами:

• интегральная q> 1, распределенная обмотка со встроенными пазами,

• q = 1, сосредоточенная обмотка со встроенным пазом,

• дробное q> 1, дробно-щелевая распределенная обмотка,

• дробная q <1, дробно-щелевая концентрированная обмотка.

Распределенная обмотка — наиболее распространенная конфигурация для больших электрических машин. При наличии одного паза на полюс на фазу коэффициент намотки равен 1. Недостатком концентрированных обмоток является низкий коэффициент намотки и высокая пульсация крутящего момента. Преимуществами этой конфигурации являются более короткие концевые обмотки и простой монтаж [13].

Работы по генерированию концентрированной обмотки немало. Дж. Кросс и П. Вигур представили специализированные концентрированные двухслойные обмотки [14].Векторы конфигурации обмотки выводятся за семь шагов:

1. Для значений меньше 1; q, паз на полюс на фазу, уменьшается до двух целых неделимых чисел q = bc.

2. Повторяющиеся серии из 0 и 1 последовательности находятся согласно приведенному выше равенству. Начальная повторяемая последовательность получается по следующему уравнению: 000 … 0⏟b-c111 … 1⏟b⏞c.

3. Начальная последовательность должна быть переставлена таким образом, чтобы единицы регулярно распределялись между 0.

4. Перестановочная последовательность записывается рядом 3 раза.

5. Классическая последовательность имеет вид A ⁺ C ^— B ⁺ A ^— C ⁺ B ^—.

6. Первый слой обмотки выстраивается с соответствием 1 с.

7. Второй слой намотки достигается смещением первой линии до шага винта.

Структура обмотки в данном исследовании рассчитана на конфигурацию с 9 пазами и 10 полюсами: q = 93 * 10 = 310. В этой ситуации в последовательности будет 3 единицы и 7 нулей.

(1) Начальная последовательность: 0000000111.

(2) Оптимальная последовательность: 1001001000.

(3) Перестановочная последовательность записывается рядом 3 раза: 1001001000 | 1001001000 | 1001001000.

(4) Классическая последовательность: A ⁺ C ^— B ⁺ A ^— C ⁺ B ^—:

1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0,

A ⁺ C ^— B ⁺ A ^— C ⁺ B ^— A ⁺ C ^— B ⁺ A ^— C ^{+80 A ^{— ⁺ C ^— B ⁺ A ^— C ⁺ B ^— A ⁺ C ^— B ⁺ A ^— C ⁺ B79 —} A} C ^— B ⁺ A ^— C ⁺ B ^—.

(5) Первый слой обмотки заказывается по номеру 1:

A ⁺ A ^— A ⁺ C ⁺ C ^— C ⁺ B ⁺ B ^— B ⁺.

(6) Второй слой намотки получается смещением первой линии на зуб:

A ⁺ A ^— A ⁺ C ⁺ C ^— C ⁺ B ⁺ B ^— B ⁺,

A ^— A ⁺ A ^— C ^— C ⁺ C ^— B ^— B ⁺ B ^—.

(7) Последнюю структуру обмотки можно нарисовать, как показано ниже (см. Рис. 8).

Рис. 8. Структура обмотки для конфигурации с 9 и 10 полюсами

6. Анализ радиальной силы синхронного генератора с постоянными магнитами

Наиболее частый источник вибрации в синхронной машине с постоянными магнитами вызван радиальной силой, возникающей из-за электромагнитной силы. Проблемы вибрации и шума являются чрезвычайно серьезными, когда частоты радиального воздействия совпадают с одной или несколькими механическими или структурными резонансными частотами в машине.Поэтому важно точно знать распределение плотности потока в воздушном зазоре для прогнозирования формы сигнала обратной ЭДС, крутящего момента и радиальной силы [15]. Альтернативой получению электромагнитного момента с использованием подхода баланса энергии является получение компонентов силы из магнитного поля с использованием метода тензора напряжений Максвелла. В частности, в воздушном зазоре машины местные радиальные составляющие плотности силы могут быть выражены [16]:

, где Bgpm, Btpm, Bgs и Bts обозначают тангенциальную и радиальную плотности потока, создаваемые PM и обмотками статора соответственно.Если для конструкции, которая обсуждается в этой работе, создается структура обмотки для конфигурации с 9 пазами и 10 полюсами, уравнение (23) может быть сформулировано, как показано ниже, поскольку тангенциальная сила имеет незначительный уровень по сравнению с радиальной силой:

Равенство радиальных сил создается после того, как плотность магнитного потока генерируется посредством равенства выше.

После того, как плотность магнитного потока получена из приведенных выше уравнений, радиальная сила получена из уравнения (26) (см. Рис.9).

Рис. 9. Радиальная сила от FEA и MEC

7. Анализ крутящего момента синхронного генератора с постоянными магнитами

Крутящий момент зубчатого зацепления и электромагнитный крутящий момент машины с постоянными магнитами рассчитываются в соответствии с методом тензора напряжений Максвелла как:

Согласно методу Арккио, лучше вычислить среднее значение электромагнитного момента по всей поверхности воздушного зазора. Таким образом, крутящий момент можно рассчитать как:

где S — поверхность воздушного зазора, образованная слоями между статором и ротором, g — длина воздушного зазора.Согласно методу виртуальной работы, электромагнитный момент равен производной со-энергии магнитного поля Wm по углу ротора при постоянном токе [17]:

По уравнению (29) получаем:

(30)

T = ∂W’∂t∂t∂θ = ∂W’∂t∂θ∂t = Pω = eaia + ebib + ecicω.

Согласно результатам крутящего момента, приведенным на рисунке 10, разница между результатами MEC и FEA составляет менее 1%, когда в статоре используется сталь, и согласно результатам крутящего момента, приведенным на рисунке 11, разница между результатами MEC и FEA составляет 2%, когда в статоре используется сталь.

Рис. 10. Форма кривой крутящего момента SMC-PMSM

Рис. 11. Форма волны крутящего момента Steel-PMSM

8. Выводы

После определения распределения магнитного потока методом эквивалентной магнитной схемы были рассчитаны плотность радиальной силы и крутящий момент. Как видно на рисунках 10 и 11, наблюдается снижение крутящего момента на 12,5% при использовании материала SMC в статоре PMSM.Поскольку материал SMC является рентабельным и не требует затрат на пресс-форму на этапе производства, материал SMC намного более рентабелен по сравнению со сталью. Кроме того, затраты на рабочую силу ниже, потому что он более формуемый.

Когда сравниваются результаты по крутящему моменту, полученные методом эквивалентной магнитной схемы и методом конечных элементов, видно, что разница не превышает 2%. Радиальные силы исследуемой машины очень низкие. Благодаря этому колебания и вибрации очень низкие.Радиальные силы прямо пропорциональны квадрату плотности потока в воздушном зазоре. Когда плотность потока в воздушном зазоре увеличивается, радиальные силы увеличиваются. В то же время мощность, получаемая от машины, также увеличивается. При оптимизации машины необходимо учитывать номинальные радиальные силы. Таким образом, вибрация и резонанс крутящего момента машины уменьшаются. При анализе радиальных сил используется комбинация аналитических методов и методов МКЭ.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ВЕТРОВОЙ ИНВЕРТОР НАБОР РАЗРАБОТЧИКА-Product-GW Instek

Преобразователь мощности

, использующий цифровое управление, является тенденцией развития современных промышленных продуктов.Цифровое управление может повысить функциональность и производительность преобразователя мощности, чтобы увеличить добавленную стоимость продукта. Все больше и больше преобразователей энергии используют технологию цифрового управления. Цель этого набора курсов — предоставить обучающую платформу для преобразователя мощности с использованием цифрового управления. Пользователи с помощью программного обеспечения PSIM и моделирования изучают принцип работы, анализ и конструкцию преобразователя мощности.

Кроме того, инструмент SimCoder PSIM можно использовать для преобразования схемы управления в цифровую программу управления, а также для выполнения второго моделирования схемы, которая будет заменена DSP.Наконец, управляющая программа может быть записана в микросхему DSP посредством проверки симуляции. DSP посредством управления и связи проверяет правильность спроектированной схемы и контроллера.

PEK-520 — это модуль разработки PMSG Wind Inverter, предназначенный для обучения исследователей схемному анализу, проектированию, моделированию и экспериментам для проведения проблемно-ориентированного обучения. Количественный расчет силовой цепи и контроллера основан на технических характеристиках преобразователя. Пользователи могут лучше понять связанную технологию PMSG Wind Inverter с помощью проверки симуляции PSIM и процессов программирования SimCoder.

Обладая обширными возможностями моделирования, проектирования, схем аппаратного обеспечения, PSIM представляет собой программное обеспечение для моделирования, специально разработанное для таких систем, как силовая электроника, драйвер двигателя и преобразователь мощности. PSIM предлагает комплексные функции, полные компоненты, быстрое моделирование, точные результаты моделирования и простоту в использовании, и это программное обеспечение часто используется международными академиками и отраслями для образования и исследований.

Эксперимент 1: Трехфазный автономный инвертор
Чтобы узнать принцип трехфазного SPWM и SVPWM.Осуществите измерения напряжения и тока с помощью модуля PEK-520-2 и изучите выводы TI F28335 DSP IC, настройки оборудования PWM и A / D. Также узнайте, как перейти к контролю и измерению внутреннего сигнала DSP через RS-232.

Эксперимент 2: Трехфазный инвертор, подключенный к сети
Ознакомиться с основами структуры трехфазного инвертора, подключенного к сети, и изучить не только метод проектирования контура фазовой синхронизации для трехфазного инвертора, подключенного к сети, но разработка контроллеров контура напряжения и контура тока, а также дальнейшее программирование кода через SimCoder после тщательного составления схемы инвертора, подключенного к сети.

Эксперимент 3: управление скоростью и крутящим моментом PMSM
Чтобы познакомиться с основами PMSM, энкодером, расчетом скорости, теорией векторного управления, а также конструкцией контроллера для тока и скорости. Изучить способ создания схемы в моделировании и перейти к программированию кода с помощью SimCoder, предварительно составив схему цифровой схемы управления DSP.

Эксперимент 4: Управление скоростью PMSG
Чтобы познакомиться с основами PMSG, теорией векторного управления, а также конструкцией контроллера для тока и скорости.Изучить способ создания схемы в моделировании и перейти к программированию кода с помощью SimCoder, предварительно составив схему цифровой схемы управления DSP.

Эксперимент 5: Эмуляция ветряного генератора (WTG)
Чтобы узнать основы WTG и установить модель WTG, дальнейшее изучение способа моделирования основных характеристик WTG с помощью двигателя, а не только настройка схемы при моделировании моделирования WTG системы, но также переходя к моделированию.Наконец, чтобы составить карту системы моделирования WTG через цифровую схему управления DSP.

Эксперимент 6: Отслеживание точки максимальной мощности WTG
WTG генерирует разные кривые мощности в соответствии с разной скоростью ветра. Чтобы лучше использовать энергию ветра, рабочая точка должна быть изменена в соответствии со скоростью ветра, чтобы поддерживать ее на самом высоком уровне кривой мощности, что известно как отслеживание точки максимальной мощности (MPPT). Этот эксперимент определяет местонахождение кривой MPP на основе атрибутов ветряной турбины и дальнейшего проектирования контроллера MPPT на основе кривой MPP, выполняя ее через цифровую схему управления DSP.

Эксперимент 7: Система ветроэнергетики PMSG, подключенная к сети

Интегрируйте привод генератора MPPT, инвертор, подключенный к сети, с имитатором ветряной турбины, чтобы установить схему в моделировании интегрированной системы и перейти к полной проверке системы в моделировании.

Эксперимент 8: Прохождение низкого напряжения (LVRT) системы PMSG WTG

Изучить требования как к частотной работе, так и к реактивной мощности для мощности, подключенной к сети, для WTG и понять требования адаптации WTG к подключенному к сети напряжению.Изучить метод сквозного переключения при низком напряжении (LVRT) PMSG WTG и установить программирование цифрового управления DSP LVRT и проверить работу LVRT экспериментально.

Более подробная информация представлена в паспорте PEK-520.

Синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG)

Автономная система преобразования энергии волны на основе синхронного генератора с постоянным магнитом для устойчивого энергоснабжения на острове Перхентиан

Авторы: Норхафизан Ахмад, Нахидул Хоке Самрат, Имтиаз Ахмед Чоудхури, Захари Таха

Аннотация: В таких развивающихся странах, как Малайзия, развитие островов в основном связано с наличием электроэнергии.Потому что в Малайзии много островов, на которых нет электросети. Поскольку остров окружен морем, энергия волн может считаться одним из экологически чистых источников энергии для островных сообществ. Но главным недостатком источника энергии волн является высокая зависимость от погодных условий. Чтобы преодолеть этот недостаток; устройство волновой энергии, устройства накопления энергии и электронные преобразователи должны быть интегрированы друг с другом. В этом исследовании представлена автономная система преобразования волновой энергии колеблющегося водяного столба с аккумуляторным аккумулятором для электрификации острова в Малайзии.

177

Моделирование и моделирование WECS на основе SVM с PMSG с помощью Cuk Converter

Авторы: Маникам Баскар, Венкатесан Джамуна, Селвам Д.Senthoor

Аннотация: В данной статье представлено моделирование систем преобразования энергии ветра (WECS) на основе PMSG с использованием MATLAB Simulink. Эта модель содержит ветряную турбину, PMSG, диодный выпрямитель, преобразователь постоянного тока в постоянный (понижающий — повышающий) и инвертор на основе SVPWM. Из-за колебаний ветра выходное напряжение постоянно меняется. Преобразователем Cuk можно управлять для поддержания постоянного напряжения постоянного тока. Инвертор на основе SVPWM может использоваться для выработки постоянного выходного напряжения с постоянной частотой для автономной нагрузки (удаленные местоположения, острова, станции на холмах и т. Д.).Результаты моделирования показывают, что разработанная модель соответствует теоретическим результатам. Контроллер поддерживает постоянное выходное напряжение.

163

Оптимизация геометрии синхронных машин, используемых в системах судовых валовых генераторов

Авторы: Афанасиос Г. Саригианнидис, К. Пациос, А.Питтарас, А. Кладас

Аннотация: В данной статье проведена оптимизация геометрии и анализ двух синхронных машин для судовых валогенераторов. Использование валогенераторов в морских приложениях — удобный и эффективный способ подачи электроэнергии на судно, работающее в сочетании с обычными дизельными генераторами. На первом этапе идентифицируются и оцениваются современные топологии систем валогенераторов.Кроме того, предлагаются потенциальные улучшения в системах валогенераторов. На втором этапе спроектирован и оптимизирован низкоскоростной синхронный генератор с постоянным магнитом (PMSG) с прямым приводом для валогенераторов с точки зрения создания крутящего момента, а также эффективности. PMSG сравнивается с генератором с явным полюсом равной мощности, приводимым в действие повышающим редуктором, который обычно используется в системах валогенераторов. Машины оцениваются и оптимизируются с точки зрения создания крутящего момента, КПД и содержания гармоник электродвижущих сил (ЭДС) в номинальных условиях эксплуатации.

245

Изучение применения программного обеспечения PSIM при преподавании учебных программ, связанных с производством новой энергии

Авторы: Хун Вэй Ли, Гуй Чен

Аннотация: Принимая во внимание требования к преподаванию новых учебных программ по новой технологии производства энергии в области электротехники, в этой статье была предложена и разработана ветроэнергетическая система номинальной мощностью 3 кВт в среде PSIM9.0 программное обеспечение. Посредством систематического анализа математических и теоретических знаний о малой и средней ветроэнергетической системе с постоянным магнитом и прямым приводом (сокращенно PDWPS) была построена модель ветроэнергетической системы и схема управления с обратной связью с двойной ШИМ. был разработан. Затем вся PDWPS была создана на основе PSIM. Результаты моделирования показывают, что при изменении скорости ветра выходная мощность генератора стабильна, а постоянное напряжение инвертора остается постоянным. Результаты подтверждают правильность и действенность стратегии контроля.Как мощный вспомогательный инструмент обучения, PSIM можно использовать для улучшения понимания студентами теоретических знаний и повышения учебного интереса и энтузиазма. Содержание этой статьи предоставляет новый метод преподавания и практики на курсах электротехники.

551

Адаптивное управление хаотическим движением в ветрогенераторах дробного порядка

Авторы: Дэн Фэй Лэй, Цзин Мэн, Хэн Чен, Линь Чжэн Рен, Сюй Ван

Аннотация: В данной работе исследуется ветряк с прямым приводом и синхронным генератором на постоянных магнитах (D-PMSG), математическая модель которого построена.Кроме того, хаотическое поведение или явления предельного цикла демонстрируются при определенных рабочих условиях или параметрах модели, имеющих определенный диапазон значений. Новый адаптивный регулятор разработан на основе теории квази-ляпуновской устойчивости для систем дробного порядка. Также электронные схемы предназначены для реализации контроллеров с использованием Multisim. Результаты моделирования демонстрируют эффективность и реализуемость предложенных методов, кроме того, результаты исследований будут предоставлены в качестве теоретических справочных материалов для изучения улучшения характеристик управления.

1039

Моделирование и моделирование WECS на основе PMSG

Авторы: Венкатесан Джамуна, Маникам Баскар, Селвам Сентур

Аннотация: В этой статье представлено моделирование систем преобразования энергии ветра (WECS) на основе PMSG с помощью MATLAB Simulink.Эта модель содержит ветряную турбину, PMSG, диодный выпрямитель, преобразователь постоянного тока в постоянный (понижающий — повышающий) и инвертор на основе SPWM. Из-за колебаний ветра выходное напряжение постоянно меняется. Понижающий — повышающий прерыватель можно управлять для поддержания постоянного напряжения постоянного тока. Инвертор на основе SPWM выдает постоянное выходное напряжение с постоянной частотой для автономной нагрузки (удаленные участки, острова, станции на холмах и т. Д.). Результаты моделирования показывают, что разработанная модель соответствует теоретическим результатам.ПИ-регулятор поддерживает постоянное выходное напряжение.

792

Увеличение реальной мощности от возобновляемых источников энергии через звено постоянного тока UPFC с использованием схемы управления нечеткой логикой

Авторы: К.А. Рани Фатима, Т.А. Рагхавендиран

Аннотация: Унифицированный контроллер потока мощности (UPFC) принят в качестве универсального контроллера потока мощности между узлами электропитания или источниками питания, которые часто называют шинами.Регулирование потока активной и реактивной мощности между силовыми узлами может быть достигнуто желаемым образом с помощью UPFC. В этой статье показано, как дополнительные источники реальной энергии, такие как ветровые и фотоэлектрические солнечные источники энергии, могут быть добавлены к звену постоянного тока UPFC и дополняют бесперебойную работу UPFC. В качестве контроллера была выбрана нечеткая логика, поскольку она умеренно надежна, и ее полезность в этом приложении сравнивается и противопоставляется традиционному ПИ-регулятору.Среда моделирования на основе MATLAB / SIMULINK использовалась для демонстрации обоснованности предложенных схем.

Исследование чоппера в LVRT ветроэнергетической установки с прямым приводом

Авторы: Цзюнь Цзя, Синь Синь Ху, Пинг Пин Хан, Ян Пин Ху

Аннотация: При постоянно увеличивающемся масштабе ветряной электростанции при отказе сети влияние ветряных турбин, подключенных к сети, на стабильность энергосистемы никогда нельзя игнорировать.Следовательно, существуют более высокие стандарты способности ветряных турбин устранять неисправности (FRT) и вырабатывать реактивную мощность. В этой статье изучается ветроэнергетическая система с прямым приводом, и основным моментом является устранение неисправностей (FRT) синхронного генератора на постоянных магнитах (PMSG) с Chopper. Создавая динамическую модель PMSG в среде DigSILENT, в этой статье моделируется прохождение отказа (FRT) ветроэнергетической системы с прямым приводом, подключенной к электросети. Во время исследования мы делаем упор на стабильность напряжения от прерывателя к шине постоянного тока при неисправностях.Более того, в этой статье мы анализируем данные о том, как Chopper помогает шине постоянного тока повысить ее стабильность. Результаты моделирования показывают, что: при возникновении неисправности в точке общего соединения синхронный генератор на постоянных магнитах имеет возможность отключения неисправности (FRT). Синхронный генератор на постоянных магнитах может производить реактивную мощность для энергосистемы, особенно при падении напряжения на стороне сети, эффективно предотвращая серьезное падение напряжения в системе, чтобы повысить стабильность системы при сбоях.

314

Устойчивость микросетей на острове Гапа с использованием контроля реактивной мощности STATCOM (пример из практики)

Авторы: До Хон Ли, Дон Ван Ким, Уголь Хван Ким

Аннотация: В данной статье предлагается установка статического синхронного компенсатора (Statcom), использующего аккумуляторную систему накопления энергии (BESS) для компенсации реактивной мощности микросети на острове Гапа.В настоящее время микросеть на острове Гапа имеет два индукционных генератора с короткозамкнутым ротором (SCIG), и они потребляют значительную часть реактивной мощности. Чтобы уменьшить мощность Statcom, SCIG заменяется синхронным генератором с постоянными магнитами (PMSG). Моделирование будет выполнено в двух случаях: (i) реальная система с двумя SCIG; (ii) модифицированная система с одним SCIG, одним PMSG и Statcom. С помощью statcom реактивная мощность компенсируется, а напряжение сети остается стабильным. Результаты моделирования позволят оценить эффективность предложенного метода управления.

411

Исследование энергетических характеристик гибридных ветряных, фотоэлектрических генераторов и аккумуляторов энергии

Авторы: Шан Ин Ли, Тао Ву, Ю Чжи Лян

Аннотация: В данной статье исследуются энергетические характеристики гибридных устройств ветровой, фотоэлектрической генерации и накопления энергии.Двухступенчатая стратегия плавного накопления энергии разработана для эффективного использования как высокочастотной, так и низкочастотной части ветровой и фотоэлектрической энергии. Для моделирования рассматривается топология демонстрационного проекта гибридной ветроэнергетики, фотоэлектрической энергии, накопления энергии и передачи электроэнергии на севере Китая.

Устройство синхронных генераторов с постоянными магнитами | RuAut

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТОВ МАЛЫХ ГЭС С ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫМИ СИНХРОННЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ | Мустафаев

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВКИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТОВ МАЛЫХ ГЭС С ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫМИ СИНХРОННЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ | Мустафаев

Постоянные магниты. Использование магнитов в синхронных машинах.

Кпд синхронных генераторов на постоянных магнитах. Генератор на постоянных магнитах. Полеориентированное управление сдпм по датчику положения

Синхронный генератор. Принцип действия

Способы возбуждения синхронных генераторов

Асинхронный генератор. Отличия от синхронного

Генератор с постоянным магнитом (PMG) в системе возбуждения генератора

— инженерные знания

Синхронный генератор с постоянными магнитами

Автор: Генри

Сообщение навигации

— обзор

9.3.1 Синхронные генераторы

Конфигурация синхронного генератора с постоянным магнитом в ветровых турбинах — обзор технологического статуса, обзор и рыночные тенденции.

2.1 Тип A:

2.2 Тип B:

2.3 Тип C:

2.4 Тип D:

4.1 Радиально-флюсовые станки:

4.2 Машины с осевым потоком PM:

4.3 Машины с поперечным потоком PM:

8.1 Концепция переменной скорости:

8.2 Концепция с прямым приводом:

ОБ АВТОРАХ:

ССЫЛКИ

(PDF) Синхронные генераторы с постоянными магнитами с различными конструкциями и стратегиями управления

Анализ динамики и крутящего момента синхронного генератора с постоянными магнитами из магнитомягкого композитного материала

1. Введение

2. Свойства материала SMC

3. 10 полюсов, 9 разъемов, SMC malzemeli, синхронный генератор с постоянными магнитами, анализ MEC

4. 10-полюсный 9-слотовый SMC malzemeli синхронный генератор с постоянными магнитами Анализ МКЭ

5. Структура обмотки

6. Анализ радиальной силы синхронного генератора с постоянными магнитами

7. Анализ крутящего момента синхронного генератора с постоянными магнитами

8. Выводы

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ВЕТРОВОЙ ИНВЕРТОР НАБОР РАЗРАБОТЧИКА-Product-GW Instek

Синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG)

Читайте также

Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна

Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков

Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей

Добавить комментарий Отменить ответ