Электрогенератор с постоянными магнитами и осевым магнитным потоком для ветроустановок

Abstract

Приведены результаты численных и экспериментальных исследований электрогенератора с постоянными магнитами и осевым магнитным потоком для ветроустановок малой мощности. Чтобы ветроустановки могли успешно конкурировать с источниками автономного электроснабжения на основе солнечной энергии необходимо снижать удельную стоимость электрогенераторов. Одним из возможных способов снижения стоимости ветроустановки является замена тихоходного многополюсного генератора на высокоскоростной, работающий в паре с повышающим магнитным редуктором. В этом случае электрогенератор может быть спроектирован на частоту вращения n = 1000÷3000 об/мин. Именно для этого диапазона частоты вращения определены оптимальная конфигурация и размеры магнитной системы электрогенератора, при которых достигается максимальное значение мощности. Проведены сравнения расчетных и экспериментальных характеристик генератора, хорошее совпадение которых подтверждает адекватность разработанных математических моделей. Эти компьютерные модели затем используется для исследования зависимости удельной мощности генератора от высоты пазов статора и сечения обмоточного провода, выполненного из медной ленты. Показано, что для оптимальных геометрических параметров магнитодвижущая сила обмотки статора должна быть согласована с магнитодвижущей силой постоянных магнитов. Только при определенном диапазоне высоты пазов обеспечивается максимум мощности при номинальном токе. Расчет характеристик исследуемых генераторов выполнялся в программном пакете Simcenter MagNet.

The results of numerical and experimental studies of an electric generator with permanent magnets and axial magnetic flux for low-power wind turbines are presented. In order for wind turbines to successfully compete with sources of autonomous power supply based on solar energy, it is necessary to reduce the specific cost of electric generators. One of the possible ways to reduce the cost of a wind turbine is to replace a quiet-running multi-pole generator with a high-speed one, which is paired with a magnetic step-up gear. In this case, the electric generator can be designed for rotation frequency n = 1000 ÷ 3000 rpm. It is for this range of rotational speed that the optimal configuration and dimensions of the magnetic system of the electric generator have been determined, at which the maximum power value is reached. Comparisons of the calculated and experimental characteristics of the generator are carried out, the good coincidence of which confirms the adequacy of the developed mathematical models. These computer models are then used to study the dependence of the specific power of the generator on the height of the stator slots and the section of the winding wire made of copper tape. It is shown that for optimal geometrical parameters the magnetomotive force of the stator winding must be matched with the magnetomotive force of permanent magnets. Only for a certain range of slot heights is the maximum power at the rated current ensured. The characteristics of the investigated generators were calculated using the Simcenter MagNet software package.