ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ АКСІАЛЬНИХ ТА ЦИЛІНДРИЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ ГЕНЕРАТОРІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З БЕЗМОТКОВИМ РОТОРОМ ДЛЯ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК
COMPARATIVE ANALYSIS OF AXIAL AND CYLINDRICAL DESIGNS OF DIRECT CURRENT GENERATORS WITH A WINDING-FREE ROTOR FOR WIND POWER PLANTS
Сторінки:139-142 . Номер: №5,т.2 2023 (327)
Автори:
КОСЕНКОВ В.Д.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0001-7463-3028
e-mail:vladimirkosenkov@ukr.net
ІВЛЕВ Д.А.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0000-0002-9938-9321
e-mail:ivlevd@op.edu.ua
ВИНАКОВ О. Ф.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0000-0002-6630-8986
e-mail: afvinakov@gmail.com
САВЬОЛОВА Е. В.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0000-0001-9266-9323
e-mail: savolova.ev@opu.ua
ЧЕПОВСЬКИЙ І.В.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0009-0009-7468-236X
e-mail: ivanchepovskiy24@gmail.com
Volodymyr KOSENKOV
Khmelnytskyi National University
Dmytro IVLIEV, Oleksandr VYNAKOV, Elvira SAVOLOVA, Ivan CHEPOVSKYI
Odessа Polytechnic National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-327-5-139-142
Анотація мовою оригіналу
В даний час на малих вітроенергетичних установках для перетворення механічної енергії обертання валу вітроколеса в електричну енергію практично всюди використовуються безредукторні багатополюсні синхронні генератори з магнітоелектричним збудженням. Вони мають високу надійність і коефіцієнт корисної дії, але високу ціну через постійно зростаючу вартість рідкісноземельних металів, які використовуються для виготовлення постійних магнітів.
В якості альтернативи таким генераторам доцільно розглянути генератор постійного струму з безобмотковим ротором та електромагнітним збудженням. У його складі відсутні постійні магніти, завдяки чому його ціна, порівняно з синхронним генератором аналогічного класу, є суттєво нижче. Коефіціент корисної дії (ККД) такого генератора незначно відрізняється від коефіціента корисної дії синхронного генератора аналогічного класу.
Генератор постійного струму з безобмотковим ротором може бути як аксіального, так і циліндричного типу. У данній статті проводиться порівняльний аналіз цих конструкцій за масою та коефіцієнтом корисної дії.
Як відомо, існують два засоби одержання високого ККД – це зменшення густини струму обмотки якоря або збільшення діаметра статора. Зменшення густини струму більш притаманно для використання у електричних машинах аксіального типу.
Для циліндричних електричних машин більш притамано збільшувати діаметр статора . У свою чергу, зміну діаметра можна здійснювати двома шляхами:
– підтримуючи частоту перемагнічування сталі на рівні, відповідному високошвидкісному аналогу, фіксуючи цим рівень втрат у сталі;
– підтримуючи лінійну швидкість обертання ротора на рівні, відповідному високошвидкісному аналогу, фіксуючи цим рівень втрат у міді.
Результати порівняльного аналізу показують, що торцева конструкція є кращою для роботи у складі вітроенергетичної установки.
Ключові слова: аксіальний, циліндричний, втрати в сталі, втрати в міді, маса, коефіцієнт корисної дії.
Розширена анотація англійською мовою
Currently, gearless multipole synchronous generators with magnetoelectric excitation are used almost everywhere on small wind power plants to convert the mechanical energy of the rotation of the windmill shaft into electrical energy. They have high reliability and efficiency, but a high price due to the ever-increasing cost of the rare earth metals used to make permanent magnets.
As an alternative to such generators, it is advisable to consider a direct current generator with an unwound rotor and electromagnetic excitation. There are no permanent magnets in its composition, due to which its price, compared to a synchronous generator of the same class, is significantly lower. The efficiency of such generator is slightly different from the efficiency of a synchronous generator of the same class.
A direct current generator with an unwound rotor can be of both axial and cylindrical type. In this article, a comparative analysis of these structures by mass and efficiency is carried out.
As you know, there are two means of obtaining high efficiency – a decrease in the current density of the armature winding or an increase in the diameter of the stator. Reduction of current density is more typical for use in axial-type electric machines.
For cylindrical electric machines, it is more common to increase the diameter of the stator. In turn, the diameter can be changed in two ways:
– maintaining the frequency of remagnetization of steel at the level corresponding to the high-speed analogue, thus fixing the level of losses in steel;
– maintaining the linear speed of rotation of the rotor at the level corresponding to the high-speed analogue, thus fixing the level of losses in copper.
The results of the comparative analysis show that the end design is better for working as part of a wind power plant.
Key words: axial, cylindrical, losses in steel, losses in copper, mass, efficiency.
