Academic literature on the topic 'Електрогенератори'

Вітроенергетика є екологічно чистим та ефективним засобом перетворення механічної енергії вітру на електричну. Вітроагрегати продовжують активно використовуватись до сього часу. Разом з тим проводяться активні роботи з вдосконалення вітрогенерувальних комплексів та підвищення ефективності перетворення енергії вітру на електричну. Одним зі способів підвищення ефективності перетворення енергії вітру на електричну є підмагнічування електрогенератора з постійними магнітами сторонньою статичною ємністю. Розроблено математичну модель для оцінки величини ємності, яку необхідно приєднати до обмотки статора електрогенератора, залежно від ряду умов: величини та характеру навантаження; параметрів електрогенератора; підвищення величини напруги на затискачах; підвищення активної потужності на виході електрогенератора. За результатами розрахунків отримано вираз, що дозволяє оцінити необхідну величину ємності при чисто активному навантаженні. Для діапазону потужності електрогенератора, що досліджувався, від нуля до номінального значення, величина ємності, яку необхідно приєднати до обмотки якоря електрогенератора з постійними магнітами становить 4,3–32,1 мкФ, що дає змогу забезпечити напругу на затискачах генератора близько номінальної з похибкою ±5 %. При використанні додаткової підмагнічувальної ємності для підвищення активної потужності генератора спостерігається її приріст на рівні 10–15 %. Результати розрахунку необхідної величини сторонньої ємності генератора підтверджують адекватність розробленої моделі та достовірність отриманих результатів, що дозволяє використовувати цю модель для подальших досліджень та оцінки ефективності методів і засобів підвищення ефективності перетворення енергії вітру. Бібл. 7, табл. 3, рис. 5.

У статті на основі характеристик деяких вітрових зон України [1] та швидкості вітру, яка застосовується при проєктуванні в Україні й за кордоном, проведено порівняння основних параметрів вітроустановок різних конструкцій, які мають найбільше застосування. Для цього за певним алгоритмом [2–7] був розрахований ряд синхронних генераторів потужністю від 600 до 3600 кВт з урахуванням потужності машин, які випускаються ТОВ «Завод крупних електричних машин» (м. Каховка, Україна). Показана також конструкція генераторів цього заводу після заміни в них асинхронних двигунів на синхронні двигуни зі збудженням від постійних магнітів. Визначено перспективність використання постійних магнітів в системах збудження синхронних генераторів. Відзначено, що при такому підході до створення синхронних електрогенераторів для вітроустановок потрібне обов'язкове застосування мультиплікаторів для забезпечення частоти обертання, яка відповідає частоті обертання вихідного двигуна. Другою умовою є відповідність індукції в робочому зазорі не нижче 0,7–0,8 Тл. Для цього необхідне використання магнітів типу NdFeB, що відрізняються високою питомою енергією та дають змогу спростити конструкцію, усунути втрати на збудження, які притаманні генераторам з електромагнітним збудженням, підвищити ККД і надійність генераторів. Застосування мультиплікаторів вимагає їх обов'язкового регулярного обслуговування і знижує надійність електроагрегату. У зв'язку з цим була розглянута оригінальна конструкція безредукторного генератора зі збудженням від постійних магнітів. Особливість цієї конструкції генератора полягає у відсутності ярма статора та мультиплікатора, а також корпусу генератора. Корпусом генератора є шихтований пакет статора, і в цілому генератор являє собою модуль у складі головки вітроустановки, що дозволяє істотно зменшити його масу. В статті обґрунтовано доцільність застосування безкорпусної модульної конструкції вітроустановки зі збудженням від постійних магнітів без мультиплікатора та проведено порівняння параметрів вітроустановок зазначених конструкцій. Бібл. 9, табл. 4, рис. 3.

На даний час необхідно прийняти ключові рішення, які мають безпосередній вплив на енергетичне майбутнє Укра-їни. УВЕА буде прагнути до того, щоб вітроенергетика стала повноправною технологією в енергетичному балансі кра-їни. Створення енергопостачання, що сприяє досягненню справді сталого майбутнього, заснованого на необмежених, що не забруднюють навколишнє середовище і конкурентоспроможних технологіях використання відновлюваних джерел є за-вданням, що стоїть не тільки перед Україною, але всією світовою спільнотою. Вітроенергетика - це шлях до миру. На підставі вивчення дисциплін електричні машини і основи електроприводу та проведення експериментальних даних і новітніх досліджень науки в лабораторних умовах кафедри був виготовлений генератор для тихохідних вітроус-тановок. В результаті теоретичного аналізу обґрунтовано можливість застосування вітросилової установки при доста-тньо низьких обертах вітроколеса, де вимоги до електрогенератора будуть значно нижчі, ніж в звичайних електричних генераторах з більш високою нагрузкою.

У роботах [1, 2] для транспорту запропоновано застосувати вихровий тепловий насос на штучно створеному вітрові. В результаті показано, що такий вихровий насос перетворює не механічну енергію вітру в електричну потужність, а теплову складову потоку повітря, що прокачується. Розглянуто загальний принцип роботи такого вихрового теплового насоса. Конкретний розрахунок перетворення енергій виконаний для повітряних вітрогенераторів. Вихровий тепловий насос, який може бути застосований на транспорті, описаний якісними параметрами. У зв'язку з цим виникла необхідність провести розрахунок енергій перетворення вихровим тепловим насосом із застосуванням конкретного електричного двигуна, електричного генератора, повітряного гвинта і лопатей вітрогенератора для транспортних систем. Вентилятор створює повітряний потік, який впливає на лопаті вітрогенератора, вітрогенератор виробляє потужність більше потужності, споживаної електродвигуном вентилятора і витраченої потужності на подолання сил тертя при обертанні якорів в електромоторах, а також тертя об повітря при обертанні лопатей вітрогенератора. В результаті проведених досліджень встановлено, що для збільшення захоплюваної поверхні вентилятором необхідно використовувати високооборотний гвинт порівняно великого діаметра, а обертання такого гвинта повинен забезпечувати електромотор з підвищеною потужністю, але це суттєво зменшить коефіцієнт перетворення. Збільшення числа лопаток в вітрогенераторі можливе при зростанні діаметра електрогенератора, що також знижує коефіцієнт перетворення. Встановлено, що найбільш ефективний спосіб отримання максимального коефіцієнта перетворення енергії - це збільшення швидкості руху потоку повітря до певної межі. Якщо застосувати каскадну схему шляхом розташування двох і більше лопатевих кілець в вітрогенераторі, то різко зросте коефіцієнт перетворення вихрового теплового насоса. Ключові слова: тепловий насос, вітрогенератор, вентилятор, повітряний гвинт, лопаті, зривний потік.

Різноманітність аеродинамічних профілів різних типів і їхня кількість викликає необхідність розроблення певних підходів для доцільного вибору аеродинамічного профілю, який би відповідав вимогам раціонального перетворення енергії вітру з максимальною ефективністю. Робота присвячена визначенню енергетичних показників ротора вітроелектричної установки при різній швидкості вітру в залежності від профілю лопаті, шляхом аналізу аеродинамічних характеристик різних типів профілів. В даній роботі використані методи аналізу аеродинамічних параметрів профілю лопаті та характеристик ротора вітроустановки. Наведені методичні вказівки щодо їх вибору при проектуванні автономних вітроенергетичних установок малої потужності. В залежності від коефіцієнта оберненої якості профілі були поділені на дві групи: 1 – традиційні профілі Р-ІІ, А-6, BS-10, BS-10 , p-11-18 – дані профілі дозволяють отримати найкращі показники коефіцієнта використання енергії вітру ротором в межах ξ = 0,36…0.4 в діапазоні швидкохідності z = 4…5; 2 – профілі серії GA(W)-1 та ламінізовані профілі FX – профілям даної групи притаманні значення коефіцієнта використання енергії вітру ξ=0,53…0,57 в діапазоні швидкохідності Z=6…11, а при Z=5…6 забезпечують коефіцієнт потужності ξ=0,49…0,53. Проведений аналіз показав, що профілі групи 1 дозволяють отримати максимальні значення механічної потужності 91,8…93,3 Вт/м2 при значеннях коефіцієнтів використання енергії вітру ξ=0,33…0.44 в діапазоні швидкохідності z = 4…5. Профілі групи 2 дозволяють отримати максимальні значення механічної потужності вітрового потоку, що проходить через обтікаючу вітротурбіною площу 114,3…115,8 Вт/м2 при ξ= 0,54…0,55 в діапазоні швидкохідності z = 6…7. Максимальна потужність розвивається вітроустановкою, лопаті ротора якої виконані на основі профілю FX та GA(W)-1. Інші профілі за даним показником відрізняються незначно. Отримані залежності є основою для розробки системи керування вихідною потужністю електрогенератора при змінній швидкості вітру. Бібл. 7, рис. 3.

Розглянуто ефективність використання малої гідроенергетики у світі та перспективи її розвитку в Україні. Зазначено, що гідропотенціал великої частини річок Прикарпаття через незначні напори вздовж їх русел для виробництва електроенергії використовують рідко. Для генерації електроенергії малими річками Прикарпаття пропонуємо застосувати гравітаційно-коловоротну ГЕС, яка працює за допомогою водяного виру. Така ГЕС може генерувати електроенергію значної потужності на ділянках річки з незначними напорами. Перевагами гравітаційно-коловоротних ГЕС також є їх мінімальний вплив на живі організми річки через низьку частоту обертів турбін і відсутність замерзання води взимку. Обґрунтовано вибір оптимального способу розміщення гідротурбіни у вирі гравітаційно-коловоротної ГЕС, шляхом встановлення колеса гідротурбіни в нижній частині виру. Електрогенератор і редуктор розміщуються на зовнішній поверхні ГЕС і з'єднуються з гідротурбіною за допомогою валу. Перевагою цього способу встановлення гідротурбіни є те, що вона практично не впливає на формування виру. За таких умов вся енергія виру використовується для обертання гідротурбіни, бо практично весь об'єм води контактує з її лопатками. Запропонований спосіб дає змогу зменшити до мінімуму розміри робочого колеса гідротурбіни та отримати високий ККД. Наведено методику розрахунку гідравлічних характеристик гравітаційно-коловоротної ГЕС для отримання електричних (потужність, частота) параметрів її генератора відповідно до заданих витрати та напору водяного потоку ділянки річки. Наведено умови для утворення виру. Для зменшення негативного впливу на стік річки запропоновано використовувати для роботи малої ГЕС не більше 25 % її середнього багаторічного стоку. За наведеною методикою розраховано каскад з 5-ти малих ГЕС для ділянки річки Бистриця Надвірнянська (м. Івано-Франківськ). Розраховано ступінь редукції редукторів для генераторів ГЕС. Місця для встановлення ГЕС вибирали з найбільшим перепадом висот вздовж русла річки та в місцях зливання русла з меншими річками. Довжина ділянки ріки для розміщення цих ГЕС становить 6 км. Підібрано гідротурбіни з генераторами та системами автоматики для використання їх у складі розрахованих малих гравітаційно-коловоротних ГЕС. Об'єднання гравітаційно-коловоротних ГЕС у загальну енергетичну систему дасть змогу отримати значну електричну генерацію з ділянок річок, гідроенергетичний потенціал яких раніше не використовувався.

Одним із напрямків підвищення ефективності перетворення енергії вітру є удосконалення конструкції відомих генераторів або розробка принципово нових типів генераторів. Природа вітру носить мінливий характер, тому актуальною задачею є використання максимально можливого потенціалу вітру при електромеханічному перетворенні енергії. Жорстка залежність потужності на валу ротора вітроустановки від аеродинамічних характеристик лопаті відомі і втілені в інженерні рішення, проте узгодження отриманої потужності з потужністю електричної машини, що під’єднана до ротора, вимагає додаткових досліджень. Розроблено чисельну математичну модель для дослідження параметрів та характеристик синхронного генератора із постійними магнітами, що враховує двосторонню активну зону статора та аеродинамічні параметри ротора вітроустановки.При низьких швидкостях вітру (3-5 м/с) напруга генератора знаходиться на половинних значеннях свого максимуму, що пояснюється аеродинамічними параметрами ротора та параметрами електрогенератора. При більших значеннях швидкості вітру (6-7 м/с) мінімальне значення напруги на виході генератора становить досягає свого максимуму у 18 В та 26 В при збільшенні швидкості обертання генератора, що пояснюється зростанням ЕРС обертання, з подальшим падіння напруги до 6 В та 16 В відповідно із зростанням аеродинамічних втрат в роторі вітроустановки. Відповідні максимуми на кривих напруги відповідають максимумам вихідної активної потужності 45 Вт.При більших значеннях швидкості вітру (6-7 м/с) мінімальне значення напруги на виході генератора становить досягає свого максимуму у 18 В та 26 В при збільшенні швидкості обертання генератора, що пояснюється зростанням ЕРС обертання, з подальшим падіння напруги до 6 В та 16 В відповідно із зростанням аеродинамічних втрат в роторі вітроустановки. Відповідні максимуми на кривих напруги відповідають максимумам вихідної активної потужності 45 Вт.При більших значеннях швидкості вітру (6-7 м/с) мінімальне значення напруги на виході генератора становить досягає свого максимуму у 18 В та 26 В при збільшенні швидкості обертання генератора, що пояснюється зростанням ЕРС обертання, з подальшим падіння напруги до 6 В та 16 В відповідно із зростанням аеродинамічних втрат в роторі вітроустановки. Відповідні максимуми на кривих напруги відповідають максимумам вихідної активної потужності 45 Вт. Результати моделювання механічних характеристик вітрової турбіни та генератора підтверджують адекватність розробленої моделі та достовірність отриманих результатів, що дозволяє використовувати дану модель для подальших досліджень та оцінки ефективності методів та засобів підвищення ефективності перетворення енергії вітру. Бібл. 6, табл.1, рис. 8.