Магнитоэлектрический синхронный генератор на базе асинхронной машины для автономной ветроэлектрической установки

• Автор: Кулешов, Евгений Валериевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 160 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АВТОНОМНАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (ВЭУ) МАЛОЙ МОЩНОСТИ
1.1 Требования к автономной ВЭУ
1.2 Системы преобразования энергии ветрового потока
1.3 Генераторы, используемые для малых ВЭУ
1.4 Магнитоэлектрический синхронный ветрогенератор (конструктивная идея и технико-экономическое обоснование)
1.5 Структура автономной ВЭУ малой мощности
Выводы по 1 главе '
ГЛАВА 2. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРА С ЭЛЕМЕНТАМИ СИСТЕМЫ
2.1 Определение установленной мощности ветрогенератора
и её обеспечение
2.2 Рациональный рабочий диапазон скоростей ветрового потока
2.3 Нагрузочная характеристика ветрогенератора и регулирование нагрузки
2.3.1 Аппроксимация аэродинамической характеристики ветродвигателя
2.3.2 Расчёт механических и рабочих характеристик ветродвигателя
2.3.3 Нагрузочная характеристика генератора 47,.
2.4 Технические требования к синхронному магнитоэлектрическому ветрогенератору
2.4.1 Номинальные значения напряжения, частоты и коэффициента мощности ветрогенератора
2.4.2 Частота вращения .
2.5 Особенности моделирования переходных процессов магнитоэлектрического синхронного генератора в ВЭУ Выводы по 2 главе

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИНХРОННЫХ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ НА БАЗЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
3.1 КПД и верхняя граничная частота тока генератора
3.2 Электромагнитные нагрузки
3.3 Выбор базового статора
3.4 Оптимальная геометрия ротора
3.5 Оценка разработанных генераторов
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
4.1 Программа экспериментов
4.2 Расчет и конструирование опытного магнитоэлектрического ~
синхронного генератора
4.3 Экспериментальная установка
4.4 Экспериментальное исследование генератора
4.4.1 Опыты холостого хода и короткого замыкания
4.4.2 Определение синхронного продольного индуктивного сопротивления
4.4.3 Снятие внешних характеристик
4.4.4 Исследование гармонического состава кривых напряжений и токов
Выводы по 4 главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. УРАВНЕНИЯ МОДЕЛИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ ГЕНЕРАТОРОВ
Акты внедрения
ВВЕДЕНИЕ
В условиях экономической нестабильности, повышения цен на первичные энергоносители актуальными становятся проблемы разработок новых технологий использования нетрадиционных источников энергии. Практическое использование ветровой, солнечной энергии, малых гидроэлектростанций для бытовых и производственных нужд в современных условиях энергетического кризиса позволит сэкономить ресурсы, создаст возможность энергообеспечения объектов, расположенных в отдаленных и труднодоступных районах, будет способствовать улучшению экологической обстановки /1-9/.
Зачастую наиболее приемлемым вариантом электроснабжения удаленных потребителей оказываются малые ветроэлектрические системы /10-15/. Из-за незначительности геометрических размеров по сравнению с величиной приземной области планетарного пограничного слоя малые ветроэлектрические установки можно использовать на местности практически с любыми топографическими характеристиками /16/.
В настоящее время многие населённые пункты, не подключенные к энергосистемам, получают электроэнергию от дизельных электростанций. Сюда же относятся стационарные и временные объекты небольшой мощности (лагеря экспедиций, лесозаготовок, пасеки, пастбища, фермерские хозяйства, метеостанции, маяки и т.д.) /16; 17/. Проблемы электроснабжения автономных объектов обостряются высокой стоимостью дизельного топлива, а также трудностями и дороговизной его доставки /18/. Везде, где есть ветер, а он во многих районах имеется в избытке, рекомендуется к существующим дизельным электростанциям подключать ВЭУ /19/. В зависимости от среднегодовой скорости ветра и графика нагрузки параллельная работа ВЭУ и дизельной электростанции может сэкономить до 50 % годового потребления
топлива /16/. Для подобных систем требуются ВЭУ мощностью в основном от 1 до 30 кВт, а иногда и выше. Под малыми ВЭУ будем понимать установки с генераторами мощностью до 30 кВт.
Современная ветроэнергетика представляет собой быстро развивающееся направление энергетики. Разработкой и производством ветрогенераторов и

быть выбрана выше, например, Руст ~ Рпвг + Рппг- Это обеспечит электроснабжение всех имеющихся потребителей при высоких скоростях ветра. Работа ВЭУ при V > 'кр будет проходить в тормозном режиме. В связи с небольшой повторяемостью высоких скоростей ветра и колебаниями графика нагрузки полностью все потребители будут обеспечены электроэнергией лишь незначительное время эксплуатации ВЭУ. Подобное увеличение мощности должно быть экономически обосновано, так как ведёт к увеличению стоимости генератора и механической части ВЭУ. Ниже рассматривается вариант
Руст = Рпвг как более целесообразный по стоимости.
2.2 Рациональный рабочий диапазон скоростей ветрового потока
При расчёте рабочих параметров системы первоначально необходимо определить размеры ветроколеса, при которых ВД развивает мощность, достаточную для электроснабжения потребителей и покрытия потерь в системе при расчетной скорости ветрового потока.
Выше было отмечено (п. 1.2), что в автономной ВЭУ наиболее надежными являются горизонтально-осевые ВД. Данные ВД характеризуются высоким коэффициентом использования энергии ветра (%тах = 0,35 - 0,5) и могут быть выполнены достаточно быстроходными /103; 104/. С технической и экономической точек зрения наиболее предпочтительны трехлопастные конструкции ВД /45; 101/.
Главным размером ветроколеса является его диаметр Овк. Исходными данными для расчета являются, во-первых, наибольшая потребляемая мощность нагрузки первой группы и скорость уПП1-, во-вторых - установленная мощность ветродвигателя
Р В Дуст ~ Руст / Лм •> (5)
где г)м - КПД мультипликатора.