Анализ рынка электрогенераторов малой мощности для ВЭУ
В настоящее время наблюдается тенденция повышения технических показателей генераторов, используемых для ВЭУ, за счет использования постоянных магнитов на основе редкоземельных магнитов NdFeB, которые имеют рабочие температуры до 150 градусов и остаточную магнитную индукцию Br = 1.21,45 Тл. В ВЭУ малой мощности применяются тихоходные многополюсные электрогенераторы на постоянных магнитах, которые соединяются с ветроколесом непосредственно (без редуктора), что существенно упрощает конструкцию и обеспечивает более длительный срок эксплуатации ВЭУ. К преимуществам электрогенераторов с постоянными магнитами следует также отнести:
- отсутствие скользящих электрических контактов и отсутствие узлов, требующих трудоемкого обслуживания. Отсутствие скользящих электрических контактов существенно повышает их ресурс и надежность по сравнению с электрическими генераторами постоянного тока или синхронными генераторами с явно выраженной обмоткой на роторе;
- высокий кпд преобразования механической энергии в электрическую энергию;
- высокие удельные показатели по развиваемой мощности на единицу активной массы и на единицу активного объёма;
- большая перегрузочная способность по моменту (кратковременно кратность максимального момента равна 5 и более);
- облегчённые условия работы подшипниковых узлов;
- Исходя из вышеуказанного, можно сделать вывод о целесообразности применения постоянных магнитов в тихоходных электрогенераторах для ВЭУ.
Таким образом, применение электрогенераторов с постоянными магнитами для ВЭУ дает возможность решить основную задачу – генерацию электроэнергии без использования редукторов. Однако электрогенератор с постоянными магнитами должен быть рационально спроектирован, чтобы иметь минимальную массу и стоимость.
Результаты исследований электрогенератора с постоянными магнитами
В Институте электродинамики НАН Украины в течение ряда лет активно проводятся исследования в области разработки и создания электромеханических преобразователей энергии (ЭМПЭ) c использованием постоянных магнитов, которые характеризуются улучшенным использованием активной части, снижением массы и габаритов, повышением кпд и удельной электромагнитной мощности, снижением уровня потерь, уменьшением шумов и вибраций. Такие преимущества позволяют применять ЭМПЭ нового типа в устройствах в широком диапазоне единичной мощности, в том числе, как в безредукторных электроприводах непосредственного действия, так и в таких областях приложения как машиностроение, транспорт, авиация, привод электромобилей и ветроустановки.
В качестве иллюстрации приведем пример восьмиполюсного электрогенератора на постоянных магнитах для ВЭУ. Активная часть магнитной системы исследуемого электрогенератора приведена на рис. 5. Статор 1 имеет 36 пазов, наружный диаметр статора равен Da = 158 мм, внутренний – Di=104 мм, толщина зуба – hz = 3 мм, высота паза – h = 14,5 мм. Ротор состоит из восьми постоянных магнитов 2 размером - 1002510 мм, ферромагнитных концентраторов 3 и немагнитного вала 4. Наружный диаметр ротора равен da = 102 мм. Ферромагнитные концентраторы выполнены из конструкционной стали марки СТ20, статор выполнен шихтованным из электротехнической стали марки СТ2211. Длина активной части электрогенератора равна L = 100 мм. Для уменьшения пульсаций момента на роторе выполнены скосы.
Структура магнитной системы электрогенератора
На рисунке представлены экспериментальные зависимости генерируемой мощности, напряжения, тока (выпрямленного) и крутящего момента, создаваемого электрогенератором, от скорости вращения ротора. Испытуемый электрогенератор через шкивы с ременной передачей приводился во вращение с помощью двигателя постоянного тока (ДПТ) мощностью 0,75 кВт, и номинальноой скоростью вращения - 2000 об/мин.
Скорость вращения приводного двигателя постоянного тока регулируется с помощью ЛАТРа. Обмотки электрогенератора с постоянными магнитами на роторе соединены в «звезду». Выводы обмоток подключены к трехфазному выпрямителю (схема Ларионова). Для схемы Ларионова известны следующие соотношения: Uн =2,34Uф, Iн = 1,22Iф. В качестве нагрузки (Rн) использовался реостат с переменным сопротивлением. Экспериментальные данные получены для генераторного при постоянном сопротивлении нагрузки (Rн = 60 Ом) и при различных скоростях вращения ротора.
Приводной двигатель и исследуемый электрогенератор соединялись шкивоременной передачей с передаточным числом равным 5. Таким образом было выполнено согласование номинальных скоростей ДПТ и исследуемого электрогенератора. Благодаря тому, что ДПТ имеет хорошую перегрузочную способность удалось испытать электрогенератор в режиме двукратной перегрузки. Следует отметить линейную зависимость крутящего момента от тока в обмотках статора. Также характерной является практически линейная зависимость крутящего момента и генерируемого напряжения от скорости вращения ротора.
На рис. 6б приведены экспериментальные зависимости генерируемой мощности от момента на валу ветроротора и электрогенератора. Экспериментальные данные для электрогенератора получены при постоянном сопротивлении нагрузки равном 20 Ом.
Экспериментальные данные электрогенератора и ветроротора
Экспериментальные данные электрогенератора и ветроротора
Опираясь на данные, полученные экспериментальным путем, следует отметить, что электрогенератор обладает высокой перегрузочной способностью, а его характеристики согласуются с характеристиками экспериментального образца ветроротора.
.png)
