Електромагнітні редуктори в електромеханічних системах

Abstract

В даний час через подорожчання електроенергії вітрогенератори малої потужності (1-5 кВт) часто використовуються для постачання споживачів електроенергією. У цьому випадку використовуються вітрогенератори як з горизонтальною, так і з вертикальною осями обертання, частота обертання яких при середній швидкості вітру V = 5 ÷ 10 м/с і є досить низькою, і становить приблизно n = 100 - 300 об/хв. Низько швидкісний електрогенератор для вітрогенератора з такою швидкістю обертання з прямим підключенням валу вітрового ротора і електрогенератора має велику кількість полюсів і досягає досить великих розмірів. Тому збільшувальні редуктори (мультиплексори) часто використовуються і дозволяють збільшити швидкість обертання електричного генератора в кілька разів і, тим самим, зменшити масу його активної частини, оскільки електромагнітний момент пропорційний обсягу електричної машини. Однак механічні коробки передач є джерелом додаткового шуму, вимагають досить частого обслуговування та зменшують довговічність вітрогенератора. У даній статті буде використано редуктори на постійних магнітах для вітрогенераторів, які на відміну від механічних редукторів, не створюють додаткових шумів, не потребують змащення, їх довговічність вища, експлуатаційні витрати також значно зменшуються, тоді як магнітний редуктор можна інтегрувати з електричним генератором .Наприклад, при потужності вітрового ротора P = 4 кВт і частоті обертання n = 100-300 об/хв, високошвидкісний електричний генератор і магнітний редуктор мають приблизно в 2 рази меншу загальну масу магнітів і в 1,7 рази меншу загальну масу активних матеріалів (магнітний редуктор + електричний генератор), ніж низько швидкісний багатополюсний зовнішній електрогенератор. Метою дослідження є розробка та впровадження електромагнітного редуктора в електромеханічних системах. Основою таких систем є висококоерцетивні магніти. Для досягнення цієї мети ставлять такі завдання: - літературно-патентний пошук за темою дослідження; - вибір прототипу магнітного редуктора та розрахунок його основних параметрів; - розробка графічних та числових моделей для оцінки ефективності розробленого прототипу; - оптимізація конструкції магнітного редуктора; - розробка системи перетворення механічної енергії з низьким потенціалом в електричну; - прототипування та експериментальні дослідження системи перетворення механічної енергії з низьким потенціалом в електричну.Currently, due to the rising cost of electricity, low-power wind turbines (1-5 kW) are often used to supply consumers with electricity. In this case, wind turbines are used with both horizontal and vertical axes of rotation, the speed of which at an average wind speed V = 5 ÷ 10 m/s and is quite low, and is approximately n = 100 - 300 rpm. A low-speed electric generator for a wind generator with such a speed of rotation with a direct connection of the wind rotor shaft and the electric generator has a large number of poles and reaches a fairly large size. Therefore, magnifying gears (multiplexers) are often used and can increase the speed of the electric generator several times and, thus, reduce the mass of its active part, because the electromagnetic moment is proportional to the volume of the electric machine. However, manual transmissions are a source of additional noise, require frequent maintenance and reduce the durability of the wind turbine. This article will use permanent magnet reducers for wind turbines, which, unlike mechanical reducers, do not create additional noise, do not require lubrication, their durability is higher, operating costs are also significantly reduced, while the magnetic reducer can be integrated with an electric generator. at a wind rotor power P = 4 kW and speed n = 100-300 rpm, high-speed electric generator and magnetic reducer have approximately 2 times less total weight of magnets and 1.7 times less total weight of active materials (magnetic reducer + electric generator) than a low-speed multipole external generator. The aim of the study is to develop and implement an electromagnetic reducer in electromechanical systems. The basis of such systems are high-coercive magnets. To achieve this goal, the following tasks are set: - literary-patent search on the research topic; - selection of a prototype of a magnetic reducer and calculation of its main parameters; - development of graphical and numerical models to evaluate the effectiveness of the developed prototype; - optimization of the design of the magnetic reducer; - development of a system for converting mechanical energy with low potential into electricity; - prototyping and experimental studies of the system of conversion of mechanical energy with low potential into electrical energy.