Характеристики электрогенератора ветроустановки с вертикальной осью вращения

В. И. Панченко; Д. В. Ципленков; М. О. Леонова; В. В. Кириченко

УДК 621.313.3:621.548.5

В. И. ПАНЧЕНКО, Д. В. ЦИПЛЕНКОВ, М. О. ЛЕОНОВА, В. В. КИРИЧЕНКО (НГУ)

Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», 49005, г. Днепропетровск, пр. Карла Маркса, 19, тел.: 066-774-63-09, эл. почта: nmu.em@ua.fm, mashaleo05@mail.ru. kirichenkciw@mail.ru. ОЯСЮ: orcid.orq/0000-0002-6906-776Х. orcid.org/0000-0002-0378-5400, orcid.org/0000-0003-2456-943X

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ВЕТРОУСТАНОВКИ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Введение

Доля производства электроэнергии автономными источниками в мире превышает 10 %. Кроме этого повышенный интерес к малой энергетике объясняется рядом дополнительных проблем, возникающих при эксплуатации крупных электростанций.

Ветроустановки с вертикальной осью вращения привлекательны простотой конструкции, отсутствием необходимости ориентировки на ветер, сравнительной дешевизной оборудования. Но присущие недостатки мешают их широкому распространению. Недостатки эти таковы: большая осевая нагрузка на подшипники, поддерживающие ротор ветроколеса; тихоход-ность, требующая применение многополюсных генераторов или использование мультипликаторов; проблемы с выбором места размещения электрогенератора относительно ветроколеса и др. Одни из наиболее распространенных типов роторов, применяемых в ветроустановках малой мощности с вертикальной осью - ротор Эванса, ротор Дарье или Н-ротор.

Анализ надежности ветроэнергетических установок показывает, что большая часть повреждений вызывается выходом из строя генератора и мультипликатора (механизма, повышающего обороты рабочего колеса от 10-120 об/мин до необходимых 750-1000 об/мин генератора). Эти же элементы составляют определенную часть стоимости всей установки. Применение низкоскоростных генераторов для ВЭУ является актуальным. С точки зрения обеспечения хороших массогабаритных показателей, наиболее эффективной электрической машиной, работающей с низкой частотой вращения, является низкоскоростной торцевой генератор. Лучшими характеристиками из многообразия торцевых машин обладают торцевые синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Это связано с простотой конструкции, меньшим расходом меди, малыми габаритами, отсутствием скользящих контактов, с возможностью выполнять генератор низких скоростей вращения, что обуславливает его

низкую стоимость и высокую надежность. Применение низкоскоростных генераторов упрощает конструкцию мультипликатора, а в ряде случаев позволяет обходиться без него.

Одним из перспективных направлений в ветроэнергетике является разработка ветроэнергетических установок с ветроколесом типа ротора Дарье [1]. Ветроколеса этого типа существенно отличаются от традиционных пропеллерных ветроколес, имеют вертикальную ось вращения и могут работать при любом направлении ветра, не требуя систем ориентации по потоку. По своим энергетическим характеристикам такие ветроустановки приближаются к лучшим образцам установок пропеллерного типа. На сегодняшний день по своим энергетическим характеристикам такие ветроустановки приближаются к лучшим образцам установок пропеллерного типа.

Ветроустановки с вертикальной осью вращения привлекательны простотой конструкции, отсутствием необходимости ориентировки на ветер, сравнительной дешевизной оборудования. Но присущие недостатки мешают их широкому распространению. Недостатки эти таковы: большая осевая нагрузка на подшипники, поддерживающие ротор ветроколеса; тихоходность, требующая применение многополюсных генераторов или использование мультипликаторов; проблемы с выбором места размещения электрогенератора относительно ветроколеса и др.

Постановка задачи

Анализ надежности ветроэнергетических установок показывает, что большая часть повреждений вызывается выходом из строя генератора и мультипликатора (механизма, повышающего обороты рабочего колеса от 10-120 об/мин до необходимых 750-1000 об/мин генератора). Эти же элементы составляют определенную часть стоимости всей установки. Применение низкоскоростных генераторов для ВЭУ является актуальным. С точки зрения обеспечения хороших массогабаритных показателей, наиболее эффективной электрической

машиной, работающей с низкой частотой вращения, является низкоскоростной торцевой генератор. Лучшими характеристиками из многообразия торцевых машин обладают торцевые синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Это связано с простотой конструкции, меньшим расходом меди, малыми габаритами, отсутствием скользящих контактов, с возможностью выполнять генератор низких скоростей вращения, что обуславливает его низкую стоимость и высокую надежность. Применение низкоскоростных генераторов упрощает конструкцию мультипликатора, а в ряде случаев позволяет обходиться без него.

Решение задачи

Рассмотрим ветроустановку с вертикальной осью вращения в которой устранены некоторые из указанных выше недостатков. Установка (рис. 1) снабжена ветроколесом 1 в виде Н-ротора Дарье, который соединен элементами крепления 2 с трубой 3, посаженой посредством радиально-упорных подшипников 4 на стержневую опору 5. Последняя закреплена в верхней части башни 6. На крайних по высоте элементах крепления вет-роколеса, в горизонтальной плоскости, расположен ротор 7 дискового синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов. Статор генератора 8 прикреплен к стержневой опоре 5. Постоянные магниты ротора закреплены (например, с помощью клея) на сплошном кольце из магнитомягкой стали. Магнитопровод статора сделан в виде кольца, навитым из ленты электротехнической стали. В нижней части кольца выполнены пазы, в которых размещены катушки трехфазной обмотки статора.

Рассмотрим некоторые особенности конструкции генератора. Его расчетная мощность определяется выражением [1]

Р = 0,164а г£ф коб В АпБ^р1, Вт, (1)

где аг- - расчетный коэффициент полюсного перекрытия; кф - коэффициент формы кривой

магнитного потока воздушного зазора;

коб - обмоточный коэффициент; В§ - максимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре с учетом влияния продольной реакции якоря, Тл; А - линейная нагрузка, А/м; п - частота вращения ротора, об/мин;

Оср - средний диаметр статора (ротора), м; I - радиальная длина магнитопровода, м.

Между магнитопроводом статора и постоянными магнитами ротора наблюдается силовое взаимодействие. Усилие, с которым ротор притягивается к статору

f=<aB)i Ss,

2цо

(2)

_7

где цо = 4п-10 Гн/м; = nDCp l - пло-

ср '

щадь воздушного зазора, м . Запишем отношение

P _7 кф£об An

— = 1.31-10 Z-^-06—Dcp . F aB CP

(3)

Величина усилия Р должна быть такой, чтобы обеспечить существенное уменьшение нагрузки на подшипники ветроколеса и в то же время не допустить "прилипания" ротора к статору. Исходя из этого, значение Р должно быть таким

Р = кз ,

где кз = 0.94...0.96 - коэффициент; g = 9,81

м/с2 - ускорение земного тяготения; т - масса вращающихся элементов установки.

Учитывая приведенное соображение по выбору величины усилия, определим из (3) среднее значение диаметра статора, при котором обеспечивается требуемая мощность генератора и при этом значительно разгружаются подшипники и исключается "прилипание" ротора к статору

Dcp =

7,8-105aBd P' кзкфк0бAn m

, м.

(4)

Рис. 1. Ветроэнергетическая установка

Из последней формулы следует, что при больших значениях Б§, что возможно при малом воздушном зазоре между ротором и статором, необходимо обеспечить большой средний диаметр и следовательно (при данной мощности) получить малую активную длину машины. Это вызовет увеличение расхода меди на изготовление обмотки из-за относительно большей доли ее лобовых частей. Для избежания этого, необходимо предварительно выбрать рациональные значения активной длины, например, I > 0,1 м и диаметра Др. Затем, используя формулу (4), рассчитать требуемое значение магнитной индукции Б§.

При выборе величины Др нужно учесть следующие соображения. Магниты для уменьшения их потоков рассеяния должны иметь определенную ширину на окружности внутреннего диаметра Дн ротора(обычно не менее 6 мм) и не должны приходить в соприкосновение друг с другом на этом диаметре. Полюсное деление на внутреннем диаметре должно быть таким

- . _ Ьм Тт1П _ 0,6...0,7 , внутренний диаметр

^вн _ 2рттт , где Ьм - ширина магнита; 2р - число полюсов (магнитов).

Средний диаметр должен быть равен

Д:р _ ^вн +1 _ 2рхтт +1. Так, при 2р _ 120, I _ 100 мм, Ьм _ 6 мм, получим

Др _ 120-

ср 0,65

+ 100 _ 1208 мм.

шения числа пазов Ху статора и количества полюсов (постоянных магнитов) 2р ротора. С целью уменьшения расхода меди используем т.н. зубцовую обмотку, предполагающую размещение на каждом зубце магнитопровода статора отдельной катушки обмотки. При этом обеспечивается минимальная длина лобовых частей, а сама обмотка в трехфазном исполнении реализуется при выполнении соотношения [2]

2\ = 2р+к , где к = 1, 2, 3... .

Очевидно, что при = 2р трехфазную обмотку создать нельзя, так как электродвижущие силы (ЭДС) во всех катушках обмотки будут совпадать по фазе; кроме того, в этом случае имеет место максимальный тормозящий момент при пуске в ход ветроколеса (момент «за-липания»). Обоснуем выбор значения к. По своему положению в магнитном поле воздушного зазора, создаваемом постоянными магнитами, взаимный угол сдвига а в электрических градусах двух катушек, размещенных на соседних зубцах, составит

2пр кп а _-_ п--.

Х

1

'Л

Выбрав материал магнита, например, с линейной характеристикой размагничивания, определим толщину одного магнита по формуле

к _ _к£Р^5

"м п и ' Бг

Б8

где кр - коэффициент насыщения магнитной цепи; ^м - относительная магнитная проБ

ницаемость материала магнитов; г - остаточная магнитная индукция магнита; < - коэффициент, учитывающий его поток рассеяния; & -воздушный зазор.

Рассмотрим вопрос о конструкции обмотки статора генератора и обоснуем выбор соотно-

Так как трехфазная обмотка принятой конструкции выполняется с шагом из данного паза в соседний, то электрический угол между векторами ЭДС двух катушек, расположенных на соседних зубцах, при их последовательно-встречном включении будет таким

кп

ас _ п-а _ —.

Х1

Очевидно, что симметричная трехфазная обмотка может быть выполнена только при числе зубцов статора, кратном числу фаз т, то есть _ ат, где а _ 1,2,3,... . На каждую фазу при этом будет приходиться число зубцов (ка-

Х

тушек) а _ —. Под числом к в формуле т

_ 2р + к будем подразумевать количество последовательно или параллельно соединенных ветвей фазы. Тогда число катушек в одной ветви будет

Хл а

ав _ — _--целое число.

кт к

Электрический угол, занимаемый всеми катушками ветви, в электрических градусах составит

Х1 кп _ п

^^в — авас —

_ —_ 60°. кт Х1 т

Отсюда следует возможность создания трехфазной обмотки с 60-ти градусной фазной зоной, что обеспечит достаточно высокое значение ее обмоточного коэффициента (до 0,956). Подчеркнем, что числа к и ав должны быть целыми. Связь между ними, как это следует из приведенных выше формул, описывается соотношением

Число пазов на полюс и фазу рассматриваемой обмотки

С к Л 1 + — , 2Р,

q=-

'1

2 р + к

J_

m

2 рт 2 рт

Подставим в последнее соотношение значение к из (5). При т = 3 получим

С ! Л

q=-

1

2Ррк+1

1

3ав _1 у

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

m

(5)

Последовательно задаваясь значениями к, начиная с единицы, находят первое (наименьшее) значение числа ав. Например, при частоте

вращения ветроколеса п = 50 об/мин и требуемой частоте напряжения генератора /= 50 Гц, число пар полюсов последнего должно быть

60 f 60 - 50

= 60 . Из (5) следует, что при

Р =

п 50

т = 3 и только при к = 6 получим целое число. При этом = 2-60 + 6 = 126; а = =— = 42.

Очевидно, что обмотка является дробной со значением q < 1. Известно [3], что дифференциальное рассеяние таких обмоток очень быстро возрастает с уменьшением q, начиная со значения q = 1/3. Поэтому желательно, как это следует из последней формулы, обеспечить в обмотке минимальное значение ав . Так, при ав = 1, получим q = 0,5.

На рис. 2 показана в двух проекциях конструкция синхронного генератора ветроэнергетической установки.

ав =

^ I У////////////////> н v////////////////> I i

i

Рис. 2. Конструкция синхронного генератора ветроэнергетической установки с 2р = 16 и 21=18

В нерабочем состоянии ветроустановки устойчивое положение ротора генератора наблюдается в случае, когда вертикальные оси магнитов совпадают с такими же осями зубцов статора. Чтобы вывести ротор из этого состояния нужно преодолеть действие статического момента «залипания». Определим значение момента, действующего в тангенциальном направлении на один магнит при сдвиге последнего относительно зубца статора

M о =

dW8 d у

где W8 = W0dV8 = B§0Я§0 l5dx;

(6)

W0 -маг-

Mо =

B

2цо

8 lRp = Bo 5SS

B50 V8

2^o 2n 2^0 2n

(7)

где Лср = 0,5£>Ср - средний радиус ротора; 5§ = 2лRCр/ - площадь поверхности ротора, обращенной к воздушному зазору ,м2; =5Sg - объем воздушного зазора, м3.

Статический момент «залипания»

Mc = M0 N =

B

8. S58N

2^0 2п

(8)

где N - число магнитов оси, которых совпадают с осями зубцов статора при неподвижном роторе. Значение N зависит от соотношения между Zl и 2p. При удачном выборе этого соотношения можно значительно уменьшить момент МС, причем значение N находят как наибольший общий делитель чисел и 2р. Например, если 2\ = 126, 2р = 120, то числа 126 и 120 можно представить в виде

120 = 6-20 и 126 = 6-21,

В общем случае для чисел = 2р + к , которое является кратным трем и 2 р , которое всегда четное, наибольшим делителем будет число к , т.е. N = к .

Максимальное значение электромагнитного момента синхронного генератора можно представить следующей формулой

2

Mm =

2^0

V8 p.

(9)

Из сравнения момента по последней формуле с моментом «залипания» по (8), получим

нитная энергия в единице объема воздушного зазора между поверхностями магнита и зубца, Дж; В§0, Н§0 - магнитная индукция и напряженность магнитного поля в воздушном зазоре в режиме холостого хода, I - радиальная длина воздушного зазора, м; йх - взаимное перекрытие магнита и зубца в тангенциальном направлении, м; = 1дйх - элемент объема воздушного зазора между поверхностями магнита и зубца, м . Учитывая, что йх = RCр йу , где йу -

геометрический угол, занимаемый в пространстве элементом йх, из формулы (6) получим

M c =

f B§0 f MmN

B8

2np

(10)

Запишем отношение магнитных индукций в формуле (10), учитывая, что £0 = B§0, а

£5 = B8 в виде

% = B8 k^u

£5 I2.*2 где kg cos ф + (siny + X*) ,

ин

u = = yj 1 -(icosф)2 - isin-ф; i = — ; £5 и £0

- соответственно внутренняя ЭДС и ЭДС холостого хода генератора; ин - номинальное выходное напряжение; cosф - коэффициент мощности нагрузки; X* = 0,08... 0,2 - относительное значение индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора; 1н и 1к -

соответственно номинальный ток и ток короткого замыкания генератора. Например, приняв

cos ф = 0,8; i = 0,35; X* = 0,12,

получим

k£ = 1,09; u = 0,75 и

B80

= 1,22 .

Представим максимальный момент в виде

Mm = kmMн,

где Мн - номинальный момент; кт - кратность моментов. В свою очередь

. .г Рн Рн р

н О 2%/

а их наибольший общий делитель N = 6.

где PH = со5фн ; - номинальная полная мощность, ВА; f - частота ЭДС генератора;

Q - угловая частота вращения ротора; cos(pH - номинальный коэффициент мощности.

Подставим Mm в формулу (10), с учетом отношения магнитных индукций, получим kmSHN cos фн

Mc _

4п2 f (kEu)2

и

2 pv = 2Z\k\

(12)

Для ослабления указанных моментов необходимо выбрать соотношение чисел пар полюсов р и пазов таким, чтобы приведенные равенства выполнялись при возможно больших значениях к\ и V . Запишем равенство (11) в V

виде —_ —. Подставим сюда соотношение

К 2 р

Zl = 2р +к, получим

V _ 2 р + к

К _ 2р •

(13)

Из (13) следует, что для обеспечения V и к} возможно большими, величину к следует принимать такой, чтобы числитель и знаменатель

дроби имели общим делителем возможно меньшее число, желательно единицу Так при к _ 6, р _ 60,2\ _ 126,

v h

126 21- 6

2 - 60 20 - 6

21 20

Из последней формулы следует, что у высокочастотных генераторов статический момент «залипания» может быть сравнительно небольшим.

В процессе разгона ветроколеса на ротор генератора также будут действовать динамические (реактивные) моменты «залипания», обусловленные гармоническими составляющими индукции, созданные воздействием гармоник магнитодвижущих сил (МДС) постоянных магнитов Е (у)_ cospvy на зубчатый воздушный зазор, магнитная проводимость которого может быть представлена формулой

X

Л(р)_ Л0 + X ЛК™кх2$, к1 _1

где V _ 25 +1; 5 _ 0,1,2,3,____ - порядок гармоник МДС; Ет , Лк - амплитудные значения гармоник; у , в - угловые координаты осей магнита и ближайшего зубца статора.

Наибольшие значения динамических моментов наблюдаются при выполнении равенств [4]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 pv_Z1k1 (11)

имеем Vпип =21. к\ппп = 20 , наибольший общий делитель - число 6, т.е. N _ 6 . Значения Vmin и к^п можно найти непосредственно из соотношений

'mm

= 126 = 21;

k1min _ =

Z1

N 2p N

6

2 - 60

= 20.

При k _ 3, p _ 60, Zj = 123 :

v k1

123 41- 3

41 40 :

имеем

2 - 60 40 - 3 = 41, k1min _ 40.

При этом

наибольший общий делитель - N _ 3 . Или по-другому

123

120

= 40.

vmin _ 3 = 41, k1min _ 3 Аналогично, из равенства (12) получим

v h

2 p + h

Ч Р

При k _ 6, p _ 60, Z1 = 126 отношение (14) _V_ 126 = 21 - 6 = 21

= 60 _ 10-6_ 10.

(14)

1

Здесь v'min _ 21, k1min _ 10 наибольший общий делитель число N _ 6 . По-другому

_ Zi _ 126 _ _ p _ 60 _

vmin ~ ЛТ ~ r ~ K\min ~ -кт ~ r — lv ■ N 6 N 6

При h _ 3, p _ 60, Z1 _ 123 отношение

v h

123

60

41-3 20 - 3

41 20

Здесь v'min _ 41, h1min _ 20, наибольший общий делитель число N _ 3 . По-другому

_ Z! _ 123 _ _ p _ 60 _ 20

vmin - n ~ 3 _ ' "-шт - n~ - ~ '

В приведенных примерах vmin и к\тщ

сравнительно большие числа, поэтому возникающие в таком генераторе динамические мо-

менты «залипания» будут пренебрежимо малыми. Число возможных фиксаций ротора г генератора в процессе его разгона за один оборот при наличии моментов «залипания» составит [4]

г = 2PVmin ,

где п - наименьшее из минимальных

значений V, при которых выполняется равенства (11) или (12).

Выводы

1. Рассмотрена конструкция ветроуста-новки с вертикальной осью вращения, в которой дисковой электрогенератор с постоянными магнитами на роторе размещен на верхних эле-

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гольберг О. Д. Проектирование электрических машин / О. Д. Гольберг, Я. С. Гурин, Н. С. Сви-риденко // Проектирование электрических машин. -М.: Высш. шк., 1984 - 431 с.

2. А.с. СССР № 788288. Индукторная машина. В.В. Апсит и др., Б.И. №46, 1980.

3. Дулькин А. И. Дифференциальное рассеяние двухслойных и однослойных трехфазных обмоток / А. И. Дулькин, Р. М. Шидерова // Труды МЭИ, Высоковольтные генераторы, вып. 78, 1971, с. 90 - 100.

4. Афанасьев А. А. Реактивный момент обесточенного вентильного двигателя с постоянными магнитами. - Электричество. - 2011. - № 3. - С. 46-51.

Поступила в печать 11.05.2016.

Внутренний рецензент Гетьман Г. К.

ментах крепления ветроколеса, что позволит уменьшить осевую нагрузку на подшипники и обойтись без мультипликатора.

2. Обоснован выбор соотношения числа зубцов статора и количества магнитов ротора, а также выбор рациональных параметров обмотки статора генератора.

3. Получена формула для расчета статического момента «залипания» ротора генератора и проведен анализ условий, выполнение которых обеспечит значительное снижение статического и динамического моментов «залипания».

4. Показано, что на величину моментов "залипания" решающее влияние оказывает выбор соотношения числа зубцов статора и количества постоянных магнитов ротора.

REFERENCES

1. Goldeg OD., Gurin Y.S., Sviridenko N.S. Proektirovanie elektricheskih mashyn [Electrical machines design]. Moscow, Vysshaya shkola Publ.,1984.431 p.

2. Certificate of authorship USR №788288, V.V.Apsit and others. Induktornaya mashyna [Inductor machines].1980.

3. Dulkin A.I.,Shiderova R.M. Differencialnoe ras-seyanie dvuhsloynyh i odnosloynyh trehfaznyh obmotok [The differential scattering of single-layer and double-layer three-phase transformer windings]. Issue 78,1971. 90-100 p.

4. Afanasiev A.A Reaktivniy moment obestocheno-go ventelnogo dvigatela s postoyannymi magnitami. [Reactive time de-energized valve motor with permanent magnets.]. Eltctrichestvo Pubi.,2011.№3. 46-51 p.

Внешний рецензент Денисюк С. П.

Анализ надежности ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения показывает, что большая часть повреждений вызывается выходом из строя генератора и мультипликатора (механизма, повышающего обороты рабочего колеса от 10-120 об/мин до необходимых 750-1000 об/мин генератора). С точки зрения обеспечения хороших массогабаритных показателей, наиболее эффективной электрической машиной, работающей с низкой частотой вращения, является низкоскоростной торцевой генератор. Лучшими характеристиками из многообразия торцевых машин обладают торцевые синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. В работе рассматривается конструкция торцевого генератора вет-роустановки, в которой устранены некоторые из известных недостатков. В результате исследований установлено, что предлагаемая конструкция, в которой дисковой электрогенератор с постоянными магнитами на роторе размещен на верхних элементах крепления ветроколеса, позволит уменьшить осевую нагрузку на подшипники и обойтись без мультипликатора. В работе обоснован выбор соотношения числа зубцов статора и количества магнитов ротора, а также выбор рациональных параметров обмотки статора генератора.

Ключевые слова: ветроустановка с вертикальной осью, синхронный генератор с постоянными магнитами, статор, ротор, надежность, торцевой синхронный генератор, число полюсов, ветроколесо.

УДК 621.313.3:621.548.5

В. I. ПАНЧЕНКО, Д. В. ЦИПЛЕНКОВ, М. О. ЛЕОНОВА, В. В. КИРИЧЕНКО (НГУ)

Державний вищий навчальний заклад мНацiональний гiрничий ушверситет", 49005, м. Днiпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19, тел.: 066-774-63-09, ел. пошта: nmu.em@ua.fm, mashaleo05@mail.ru, kirichenko vv@mail.ru, ORCID: orcid.org/0000-0002-6906-776X, orcid.org/0000-0002-0378-5400, orcid.org/0000-0003-2456-943X

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕЛЕКТРОГЕНЕРАТОР В1ТРОУСТАНОВКИ З ВЕРТИКАЛЬНОЮ В1ССЮ ОБЕРТАННЯ

Аналiз надiйностi вiтроенергетичних установок з вертикальною вюсю обертання показуе, що бiльша ча-стина пошкоджень викликаеться виходом з ладу генератора i мультиплiкатора (механiзму, пщвищувально-го обороти робочого колеса вщ 10-120 об/хв до необхщних 750-1000 об/хв генератора). З погляду забез-печення хороших масогабаритних показниюв, найбiльш ефективною електричноТ машиною, що працюе з низькою частотою обертання, е низькошвидюсний торцевий генератор. Кращими характеристиками з рiз-номанiття торцевих машин волод^ть торцевi синхроннi генератори з збудженням вщ постiйних магнiтiв. У робот розглядаеться конструкцiя торцевого генератора в^роустановки, в якiй усунутi деякi з вщомих не-долiкiв. В результат дослiджень встановлено, що запропонована конструкшя, в якiй дисковод' електроге-нератор з постшними магнiтами на роторi розмiщений на верхнiх елементах кртлення вiтроколеса, дозволить зменшити осьову навантаження на пщшипники i обштися без мультиплiкатора. У роботi обГрунтовано вибiр спiввiдношення числа зубцiв статора i кшькосп магнiтiв ротора, а також вибiр рацiональних параме-трiв обмотки статора генератора.

Ключовi слова: в^роустановка з вертикальною вiссю, синхронний генератор з постшними магштами,

статор, ротор, надшшсть, торцевоТ синхронний генератор, число полюав, вiтроколесо.

Внутрiшнiй рецензент Гетьман Г. К. Зовшшнш рецензент Денисюк С. П.

UDC 621.313.3:621.548.5

V. I. PANCHENKO, D. V. TSYPLENKOV, M. A. LEONOVA, V. V. KIRICHENKO (NMU)

State Higher Educational Institution «National mining university», 49005, Dnipropetrovsk, Karl Marks ave., 19,

tel.: 066-774-63-09, e-mail: nmu.em@ua.fm, mashaleo05@mail.ru, kirichenko vv@mail.ru,

ORCID: orcid.org/0000-0002-6906-776X, orcid.org/0000-0002-0378-5400, orcid.org/0000-0003-2456-943X

CHARACTERISTICS OF THE ELECTRIC WIND TURBINE WITH A VERTICAL AXIS OF ROTATION

Reliability analysis of wind turbines with a vertical axis of rotation shows that most of the damage is caused by failure of the generator and multiplier (mechanism increases the speed of the impeller from 10-120 rpm to required 750-1000 rpm generator). From the point of view of providing good weight and dimensions the most efficient electrical machine, operating with low rotation speed is low speed end generator. The best characteristics of the variety end machines have end synchronous generator with excitation from permanent magnets. This paper considers the design of the wind turbine end generator in which fixed some of the known shortcomings. As a result of the research showed that the proposed design, in which the disk generator with permanent magnets on the rotor located on the upper fastening elements of the propeller, will reduce the axial load on the bearings and do without multiplier. The article justifies the selection of the ratio of the number of teeth of the stator and the number of magnets of the rotor, and the choice of rational parameters of the generator stator winding.

Keywords: wind turbine with a vertical axis, the synchronous generator with permanent magnets, the stator, the rotor, reliability, end synchronous generator, the number of poles, wind wheel.

Internal reviewer Getman G. K. External reviewer Denisyuk S. P.

CHARACTERISTICS OF THE ELECTRIC WIND TURBINE WITH A VERTICAL AXIS OF ROTATION

Текст научной работы на тему «Характеристики электрогенератора ветроустановки с вертикальной осью вращения»