Електрогенератор з постійними магнітами і осьовим магнітним потоком для вітроустановок

Автор(и)

  • Віктор Гребеніков Інститут електродинаміки Національної академії наук України, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1114-1218
  • Ростислав Гамалія Інститут електродинаміки Національної академії наук України, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5729-7891
  • Володимир Попков Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича Національної академії наук України, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2021.1.05

Ключові слова:

електрогенератор з осьовим магнітним потоком, постійні магніти, зубцовий момент, магнітний редуктор, вітроустановка

Анотація

Наведено результати чисельних і експериментальних досліджень електрогенератора з постійними магнітами і осьовим магнітним потоком для вітроустановок малої потужності. Щоб вітроустановки могли успішно конкурувати з джерелами автономного електропостачання на основі сонячної енергії необхідно знижувати питому вартість електрогенераторів. Одним з можливих способів зниження вартості вітроустановки є заміна тихохідного багатополюсного генератора на високошвидкісний, що працює в парі з магнітним редуктором. У цьому випадку електрогенератор може бути спроектований на частоту обертання n = 1000÷3000 об/хв. Саме для цього діапазону частоти обертання визначені оптимальна конфігурація і розміри магнітної системи досліджуваного електрогенератора, при яких досягається максимальне значення потужності. Проведено порівняння розрахункових і експериментальних характеристик генератора, гарний збіг яких підтверджує адекватність розроблених математичних моделей. Ці комп'ютерні моделі потім використовується для дослідження залежністі питомої потужності генератора від висоти пазів статора і перетину обмотувального дроту, виконаного з мідної стрічки. Показано, що при оптимальних геометричних параметрах магніторушійна сила обмотки статора повинна бути узгоджена з магніторушійної силою постійних магнітів. Тільки при певному діапазоні висоти пазів забезпечується максимум потужності при номінальному струмі. Розрахунок характеристик досліджуваних генераторів виконувався в програмному пакеті Simcenter MagNet.

Посилання

Frank N. W., Toliyat H. A. Gearing ratios of a magnetic gear for wind turbines // IEEE International Electric Machines and Drives Conference. – 2009. – Pp. 1224-1230. doi:10.1109/iemdc.2009.5075359.

Bao G.Q., Mao K.F. A Wind Energy Conversion System with Field Modulated Magnetic Gear // Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. – 2011. – Pp. 1-4. doi: 10.1109/APPEEC.2011.5748902.

Li K., Modaresahmadi S., Williams W. B., Bird J. Z., Wright J. D. Barnett D. Electromagnetic Analysis and Experimental Testing of a Flux Focusing Wind Turbine Magnetic Gear-box // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2019. – vol. 34, no. 3, Pp. 1512-1521. doi: 10.1109/TEC.2019.2911966.

Udalov S. N., Achitaev A. A., Pristup A. G. Investigations of a magnetic gear for application in wind turbines //11th Interna-tional Forum on Strategic Technology (IFOST). – 2016. – Pp. 166-171, doi: 10.1109/IFOST.2016.7884219.

Гребеников В.В., Гамалея Р.В. Сравнительный анализ двух генераторов с постоянными магнитами для ветроустановок: низкоскоростного с внешним ротором; высокоскоростного с магнитным редуктором // Гідроенергетика України.  2019.  №1-2, С. 66-71. https://uhe.gov.ua/media_tsentr/zhurnal_ hidroenerhetyka_ukrayiny/gidroenergetika-ukraini-2019-no1-2.

Kumar R. R., Santosh K. Singh, Srivastava R. K. et al. Modeling of Airgap Fluxes and Performance Analysis of Five Phase Permanent Magnet Synchronous Generator for Wind Power Application // IEEE Access. – 2020. – vol. 8, Pp. 195472-195486. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3034268.

He C., Wu T. Analysis and design of surface permanent magnet synchronous motor and generator // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. – 2019. – vol. 3, no. 1, pp. 94-100. doi: 10.30941/CESTEMS.2019.00013.

Wang X., Pang W., Gao P., Zhao X. Electromagnetic Design and Analysis of Axial Flux Permanent Magnet Generator With Unequal-Width PCB Winding // IEEE Access. – 2019. – vol. 7, Pp. 164696-164707. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2952893.

Sriram S. Laxminarayan, Manik Singh, Abid H. Saifee, Arvind Mitta. Design, modeling and simulation of variable speed Axi-al Flux Permanent Magnet Wind Generator // Sustainable Ener-gy Technologies and Assessments. – 2017. – vol. 19, Pp. 114-124. doi.org/10.1016/j.seta.2017.01.004

Dobzhanskyi O., Eklas Hossain, Ebrahim Amiri, Gouws R., Grebenikov V., Mazurenko L., Pryjmak M., Gamaliia R. Axi-al-Flux PM Disk Generator With Magnetic Gear for Oceanic Wave Energy Harvesting // IEEE Access. – 2019. – vol. 7, P. 44813-44822. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2908348.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-05-28