Для ветроустановок малой мощности
Объект исследования: создание специальных безредукторных многополюсных конструкторов для повышения эффективности работы ветроэнергетических установок.
Результаты, полученные лично автором: анализ существующих разработок малооборотных машин, в том числе конструкции бесконтактного многополюсного генератора.
Ветрогенераторы приводятся в движение энергией ветра. Они состоят из нескольких узлов и основное это ветроколесо и генератор. Генератор с ветроколесом может быть соединён напрямую и тогда обороты ветроколеса и генератора будут одинаковые, или может быть установлен редуктор для повышения оборотов генератора. В небольших ветряках обороты генератора не стабилизируют. Для стабильности работы ветроэлектростанции используют аккумуляторы. Для зарядки аккумуляторов между ветряком и АКБ (аккумуляторная батарея) ставится контроллер, который следит за зарядкой АКБ. Ветрогенератор с контроллером выступает в роли зарядного устройства для блока аккумуляторов, а сама энергия берётся именно из аккумуляторов, а не от ветряка. Но в аккумуляторах постоянное низкое напряжение 12/24/48 вольт, а для обеспечения дома нужны 230 вольт, поэтому устанавливается инвертор, который преобразует постоянное напряжение в переменное 220 вольт.
Анализ существующих разработок малооборотных машин позволяет выделить два основных подхода к решению поставленной задачи:
- уменьшение углового размера полюсного деления за счет применения магнитоэлектрической системы возбуждения;
- повышение относительной частоты вращения активных частей машины (биротативные конструкции), где также предполагается использование постоянных магнитов.
Применение магнитоэлектрической системы обладает рядом преимуществ:
• Во-первых, это отсутствие узла скользящих контактов, что значительно повышает долговечность и надежность работы генератора.
• Во-вторых, безобмоточная конструкция ротора более проста в изготовлении и как следствие обладает большей надежностью.
• В-третьих, исключение электрических потерь "на возбуждение" повышает КПД генератора.
Недостатком магнитоэлектрической системы возбуждения является невозможность регулировки величины потока возбуждения, т.к. требуется применение высококоэрцитивных магнитов.
Рассмотрим многополюсный генератор коммутаторного типа. В нем имеется неподвижная обмотка возбуждения, что позволяет снизить размер полюсного деления и делает машину бесконтактной. Для изменения потока в воздушном зазоре применяется принцип коммутации потока возбуждения.
Статор генератора состоит из трех блоков: центрального и двух крайних, отделенных от него через воздушные зазоры дисками ротора. Центральный блок является системой возбуждения генератора и содержит сосредоточенную обмотку с двумя группами пакетов магнитопровода. Якорь состоит из двух магнитно- и электрически симметричных частей, содержащих сосредоточенную обмотку и пакеты магнитопровода. Ротор генератора состоит из вала и двух немагнитных дисков. Каждый из дисков имеет пакеты магнитопровода двух разных направлений. Особенностями конструкции является аксиальное направление потока возбуждения в воздушном зазоре, сосредоточенный тип обмоток якоря и возбуждения и распределенный тип магнитной системы.
При угловом положении ротора 0 эл. град. постоянный магнитный поток 
образует одновременно два контура. Первый контур соответствует стороне правого роторного диска, замыкаясь через "сквозные” пакеты, охватывает левую обмотку якоря Wa1 обеспечивая тем самым максимальное значение взаимного потокосцепления обмотки возбуждения с обмоткой правой части якоря 
. Второй контур потока возбуждения замыкается сам на себя, минуя правую обмотку якоря WaII в результате действия шунтирующих пакетов. Поток реакции этой части якоря 
также шунтируется пакетами ротора. Таким образом, взаимное потокосцепление 
, обмотки возбуждения Wf и правой обмотки якоря WaII равно нулю благодаря действию пакетов.
Когда угловое положение ротора равно 180 эл. град потоки возбуждения 
, на стороне правого диска и реакции левой части якоря 
шунтируются полюсами диска и их взаимное потокосцепление 
становится равным нулю. Контур потока возбуждения замыкается через сквозные полюса диска и взаимное потокосцепление 
, обмотки возбуждения Wf и правой обмотки якоря WaII возрастает до максимального значения.
Таким образом, эффект шунтирования позволяет повысить коэффициент использования потока возбуждения 
до 0,5.
Изменение собственной индуктивности обмотки якоря генератора LaI, происходит в противофазе изменению взаимной индуктивности. Электромагнитные процессы, происходящие в правой и левой частях генератора идентичны, но имеют друг относительно друга фазовый сдвиг на 180 эл. град.
Материал поступил в редколлегию 11.04.2017
УДК 621.3
А.Р. Проконина, М.Г. Парфёнова
Научный руководитель: доцент кафедры «Промышленная электроника и электротехника», к.т.н., В.П. Маклаков