CC BY
326
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ TECHNICAL SCIENCES
УДК 621.313.32 ББК 31.261 М 54
Кашин Я.М.
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: jlms@mail.ru
Кашин А.Я.
Помощник командира корабля (на самолетах АН-26), Знаменск, e-mail: jlms_1@mail.ru Князев А.С.
Инженер группы обслуживания авиационной эскадрильи, Липецк, e-mail: knyazev.aleksei.87@gmail.com Копелевич Л.Е.
Кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: kkllev@mail.ru Самородов А.В.
Кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: alex.samorodoff@gmail.com
Методика расчета синхронных электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов для ветро-солнечных
генераторных установок
(Рецензирована)
Аннотация. Приводится разработанная авторами методика расчета, позволяющая осуществить расчет параметров синхронных электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов радиальной, конической и аксиальной конструкций.
Ключевые слова: методика расчета, синхронные электрические машины, возобновляемые источники энергии, эквивалентные электрические машины.
Kashin Ya.M.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: jlms@mail.ru
Kashin A.Ya.
Copilot (in the Antonov An-26 airplanes), Znamensk, e-mail: jlms_1@mail.ru Knyazev A.S.
Engineer of Group of Aviation Squadron Service, Lipetsk, e-mail: knyazev.aleksei.87@gmail.com
Kopelevich L.E.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: kkllev@mail.ru
Samorodov A.V.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: alex.samorodoff@gmail.com
Methodology for the calculation of synchronous electric machines with excitation from permanent magnets for wind-solar energy sources
Abstract. The methodology for the calculation developed by the authors allows carrying out the calculation of parametres of synchronous electric machines with excitation from permanent magnets of radial, conic and axial designs.
Keywords: the methodology for calculation, synchronous electric machines, renewable energy sources, equivalent electric machines.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Краснодарского края в рамках научного проекта № 16-48-230500 «р_а».
В настоящее время в связи с ростом энергопотребления в мире едва начавшейся эре использования энергии полезных органических ископаемых грозит закат в силу трех важных обстоятельств: ограниченности ресурсов органических ископаемых, их невосполнимости и экологического загрязнения окружающей среды при их использовании [1-5].
Возрастающее в последнее время использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в силу присущих им особенностей и перспективы их расширенного использования в обозримом будущем требует разработки новых типов электрических машин и других электротехнических устройств, позволяющих более эффективно использовать ВИЭ, а также методик их расчета.
В связи с этим весьма важным является вопрос одновременного комплексного использования нескольких видов ВИЭ, что позволяет более эффективно использовать эти источники энергии, например, ветер и солнце одновременно. Такое суммирование энергии нескольких источников позволяет увеличить мощность получаемой, например, электрической энергии и одновременно в достаточной степени выровнять график выработки энергии, приняв в качестве первичных природные источники энергии, работающие, как правило, в противофазе [2, 4].
Как показала практика, использование для новой нетрадиционной области энергетики обычных, традиционных электрических машин либо неэффективно, либо вовсе невозможно, особенно если речь идет о комплексном использовании нескольких ВИЭ в рамках одной энергосистемы [2, 4]. Авторами активно разрабатываются генераторные установки для систем автономного электроснабжения, преобразующие энергию ветра и солнца в электрическую энергию [3, 6-11 и др.].
На сегодняшний день накоплен большой опыт по проектированию электрических машин (ЭМ) радиальной конструкции. Однако в последнее время активно развивается класс ЭМ аксиальной конструкции различного назначения. Это обусловлено рядом преимуществ таких машин по сравнению с обычными машинами радиальной (цилиндрической) конструкции, имеющими радиальный воздушный зазор: меньшими размерами; большей жесткостью конструкции; благоприятными условиями теплоотдачи, охлаждения и вентиляции; существенным упрощением обмоточных работ благодаря открытой зубцовой зоне; практически безотходным использованием магнитных материалов; удобством сочленения с механизмом и приводом; сравнительной простотой эксплуатации и ремонта и т.д. [2]. К таким электрическим машинам относятся трансформаторы [12-14], индукционные регуляторы [15-16], двигатели-насосы [17, 18], генераторы [3, 10, 11], двигатели-генераторы [19] и пр.
Аксиальные ЭМ находят широкое применение в качестве генераторов (например, в ветро-солнечных генераторных установках [9]). Однако расчет аксиальных и радиальных ЭМ, как правило, осуществляется по методикам, разработанным разными авторами независимо друг от друга. Поэтому одни и те же параметры могут определяться по совершенно разным формулам, а выбор некоторых величин и коэффициентов в уравнениях определяется личным опытом каждого автора. В [20] представлена методика расчета основных размеров аксиальных ЭМ, приведены различные соотношения внутренних и внешних диаметров в зависимости от выбранного критерия оптимальности. Однако в связи с вышеизложенным на этапе проектирования бывает трудно сопоставить расчетные характеристики ЭМ радиальной и аксиальной конструкции, рассчитанных на основании одних и тех же исходных данных, так как разница в результатах расчетов зависит не только от конструктивных особенностей ЭМ, но и от соответствия выбранных методик между собой.
Кроме того, известен ряд машин, занимающих по конструкции промежуточное положение между радиальными и аксиальными ЭМ - конические ЭМ [21, 22].
Таким образом, разработка методики проектирования электрических машин различного конструктивного исполнения для генераторных установок в возобновляемой энергетике, в частности, для ветро-солнечных генераторных установок, является весьма актуальной.
Целью настоящей работы является разработка единой методики проектирования синхронных электрических машин различного конструктивного исполнения с возбуждением от постоянных магнитов, которые главным образом используются в качестве первичных источ-
ников энергии в ветро-солнечных генераторных установках.
За основу разработки взята методика проектирования цилиндрических синхронных ЭМ [23]. Для получения возможности расчета аксиальных и конических ЭМ в нее были добавлены новые параметры ЭМ - угол наклона воздушного зазора к оси вращения ротора а (рис. 1) [20-22, 24, 25], который определяет форму ЭМ, и диаметр эталонной окружности D0 (рис. 1), который определяет диаметр окружности, проходящей через середину воздушного зазора ЭМ [24-26].
а=0° а=45° а=90°
Рис. 1. К определению параметров: угла наклона воздушного зазора а к оси вращения ротора и диаметра эталонной окружности D0
Диаметр эталонной окружности D0 для цилиндрических ЭМ является аналогом диаметра расточки якоря D, однако в отличие от него может быть использован при расчете аксиальных и конических ЭМ. Диаметр эталонной окружности D0 относится к главным размерам ЭМ.
Ниже кратко описана разработанная методика проектирования синхронных ЭМ с любым углом наклона воздушного зазора. Независимыми переменными, однозначно определяющими геометрию и габариты ЭМ, являются: диаметр эталонной окружности, угол наклона воздушного зазора к оси вращения ротора, конструктивный коэффициент, рекомендуемое значение которого зависит от угла наклона воздушного зазора к оси вращения ротора. Остальные размеры ЭМ являются зависимыми и определяются на основе исходных данных и конкретных значений некоторых параметров, выбираемых в процессе расчета из диапазона возможных значений.
Исходными данными для расчета являются:
- номинальная мощность Рном, ВА;
- номинальное фазное напряжение Uф, В;
- число фаз m;
- номинальная частота вращения п, об/мин;
- частота /, Гц;
- коэффициент мощности при номинальной нагрузке соб(^)=(0,78. . .0,90);
- предварительное значение коэффициента полезного действия (для двигателя) -^пр=(0,80.. .0,95) (в зависимости от мощности: чем больше мощность, тем выше КПД);
- предварительное значение линейной нагрузки Апр, А/м;
- предварительное значение индукции в зазоре £бпр, Тл;
- относительная ЭДС:
а) для генератора £отн=(1,05.1,25);
б) для двигателя £отн=(0,85.0,95);
- коэффициент полюсного перекрытия ак =(0,8.0,9);
- остаточное значение магнитной индукции ПМ Вост=(1,10.. .1,25), Тл;
- коэрцитивная сила ПМ Нс =(840000.900000), А/м;
- коэффициент перегрузки по току ккз =(2...3);
- воздушный зазор ¿=(0,8.1,5) мм;
- коэффициент рассеяния магнитной системы кРАС =(1,15.1,25).
1. Расчет основных параметров
1.1. Расчетная электромагнитная мощность, ВА: РЭМ = ЕОТН ■ Рном,
где ЕОТН - относительная ЭДС, предварительно выбирается из диапазона (1,15...1,05) для Рном = (20...100) кВ-А соответственно.
1.2. Номинальный ток фазы, А:
- для генератора: 1ном =
- для двигателя: / = ■
Р.о
m - Uф
Р.о
m-Uф
60-f
1.3. Число пар полюсов: р =
п
1.4. Угол наклона воздушного зазора к оси вращения ротора, град.
Угол наклона воздушного зазора к оси вращения ротора а определяет форму ЭМ, выбирается в зависимости от ее конструктивного исполнения.
Например, а=0° - для радиального исполнения (индуктор расположен внутри якоря); а=90° - для аксиального исполнения (якорь и индуктор расположены рядом); а=180° - для радиального исполнения (якорь расположен внутри индуктора) [23, 25, 26] (рис. 2).
а=45° а=б0 а=эо° а=120° а=135° а=150° а=180°
I •
Рис. 2. Синхронные генераторы с разным углом наклона воздушного зазора к оси вращения ротора
1.5. Конструктивный коэффициент для радиального исполнения ЭМ (предварительно):
3 = 08
Лрад ^р ■
1.6. Диаметр эталонной окружности для радиального исполнения ЭМ, м:
3 -3
D = 3
эт _ окр _ рад -
Р
ЭМ
исп ген
-n-Я
рад
1.7. Конструктивный коэффициент (рекомендуемое значение для эквивалентного генератора с любым углом наклона воздушного зазора к оси вращения ротора а): 0,8 - 0,3-8т(а)
ЯЯрек
4Р
Представленное выражение дает лишь ориентировочное значение при выборе оптимальной величины конструктивного коэффициента. Полученное из этого выражения значение не является единственно верным, так как значение конструктивного коэффициента зависит от назначения ЭМ, ее мощности, диаметра эталонной окружности, условий работы и охлаждения.
1.8. Конструктивный коэффициент (предварительно): Лпр - выбирается самостоятельно, может отличаться от рекомендуемого значения (отклонение в пределах ±20% от рекомендуемого значения не приводит к заметному ухудшению характеристик генератора).
ISSN 2410-3225 Ежеквартальный рецензируемый, реферируемый научный журнал «Вестник АГУ». Выпуск 1 (196) 2017 1.9. Диаметр эталонной окружности для эквивалентной ЭМ с выбранным углом накло-
на воздушного зазора, м: D3n¡ = D,
Л
''рад
окр эт _ окр _ рад
Л
пр
1.10. Активная длина магнитопровода якоря, м: 1акт = Л • D,
пр эт _ окр '
1.11. Диаметры ОВН и Он окружностей, проходящих через края активной длины,
м
(рис. 3): Dm = D3m окр + 8■ cos(a)- 1акт ■ sm(a), Д, = D3m окр + 8■ cos(a) + ■ sm(a).
Примечание. Внутренний диаметр БВН и наружный DH у радиальной ЭМ одинаковы и равны диа-
метру расточки якоря.
активная сторона \ N DBH
\ Г_____
Ж Ш
DH
Рис. 3. К определению диаметров D¡M и Dn магнитопровода якоря 1.12. Высота усика, м: hyc =(0,5...1,0)-10"3.
Ш Высота паз^ м: hn = Nhn • Ъш эл nvoe + hvc + hm + 2• Ъш_п + Ъпр + (0,3...0,4)-Ш"3.
1.14. Высота ярма якоря, м: h
Фs
ЯРя
2 •1 акт УТ • ВЯРЯК • к.ЗС1
1.15. Высота магнитопровода якоря, м: Ияк = ЬЯРяк + hn + НУС .
1.16. Основные размеры якоря генератора, м (рис. 4):
D, = D +8^ cos(a) -1 ■ sin(a), D2 = D +8■ cos(a) +1 ■ sin(a).
1як эт _ окр \ / актУТ \ / 5 2 як эт _ окр \ / акту^ \ /'
8
D3як = Бэт_окр + 2 ■ (ИЯК + -) ■ cos(a) + 1актУТ ' ^Ч^ ,
8
D4як = Бэт_окр + 2 ■ (ИЯК +~) ■ c°s(«) - 1актУТ ' ^Ч^ .
Рис. 4. К определению размеров магнитопроводов якоря и индуктора
2. Расчет параметров обмотки якоря и обмоточных коэффициентов основной гармоники
2.1. Выбираем минимально допустимый зазор между лобовыми частями соседних витков обмотки якоря, м: А > 0,0015.
Г ' миНдоп '
2.2. Высота изолированных проводников в одном слое обмотки, м:
Ьз ^ N
h =
"из
из _ эл _ пров hn
2
2.3. Вылет прямого участка обмотки из магнитопровода, м (при а=0о или а=180о -рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° - рис. 6; при а=90° - рис. 7): А1=(0,001...0,003).
2.4. Длина прямого участка соединения проводников, м (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° - рис. 6; при а=90° - рис. 7): А2 = 1,5-Ьиз эл прое.
2.5. Угол между проводником секции и торцевой стороной магнитопровода якоря на меньшем диаметре, град (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° -
А мин
рис. 6; при а=90° - рис. 7): унн = агс8т(-—).
Ь2ВН + ЬПут
2.6. Угол между проводником секции и торцевой стороной магнитопровода якоря на большем диаметре, град (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° -
А мин
рис. 6; при а=90° - рис. 7): у = агс8т(-^—).
Н Ьгн + ЬПут
Для радиального исполнения: увн =ун = у.
2.7. Длина лобовой части секции на меньшем диаметре, м (при а=0° или а=180° -рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° - рис. 6; при а=90° - рис. 7):
г о/л Л 0,5' Уг ' (Ьгвн + ЬПут) ,г 0,5-П-ут 7Т-ЪИЗ 3
Ьб = 2'(А, + А2 +-—--— + Ж'а -Ж •—-— +-— + 2' 10 3.
лобвн к 1 2 соб(у ) из -эл-про° т 2' ж 4
2.8. Длина лобовой части секции на большем диаметре, м (рис. 6):
Г 9 (Д+Л+ °,5' Уг-(Ьгн + Ьпут) + ^ а „ 0,5 ^-Ун , ^' Кз + 2 10-з Ьлобн = 2'(А1 + А 2 +-СО^СуНН)---эл-пров' пУт--+ + 2'10 .
Для радиального исполнения: Ьлобвн = Ьло6ш = Ьлоб .
2.9. Длина вылета лобовой части в аксиальном направлении (вдоль оси вращения ротора) на меньшем диаметре, м (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180°
- рис. 6; при а=90° - рис. 7): ЬВЫЛлОБвнАКС = ЬлобВн ' сы^.
2.10. Длина вылета лобовой части в аксиальном направлении (вдоль оси вращения ротора) на большем диаметре, м (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° - рис. 6; при а=90° - рис. 7): Ьвыл^акс = Ьоовн-со5(а).
Для радиального исполнения: ЬВЬШлобшАКС = ЬВЫЛлобнАКС = ЬВЬШлоеАКС .
Для аксиального исполнения: ЬВЫЛлобвн АКС = ЬВЫЛлобн АКС = 0.
2.11. Длина вылета лобовой части в радиальном направлении на меньшем диаметре , м (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° - рис. 6; при а=90° - рис. 7):
ЬВЫЛлобвнРАД = Ьлобвн ' §1п(а) .
2.12. Длина вылета лобовой части в радиальном направлении на большем диаметре, м (при а=0° или а=180° - рис. 5; при 0°<а<90° или 90°<а<180° - рис. 6; при а=90° - рис. 7):
ЬВЫЛлобн РАД = Ьлобн ' §1п(а) .
Для радиального исполнения: ЬВЫЛлобвн РАД = ЬВЫЛлобнРАД = 0 .
Рис. 5. К расчету лобовой части обмотки якоря синхронного генератора радиального исполнения (а=0о или а=180о)
Рис. 6. К расчету лобовой части обмотки якоря синхронного генератора конического исполнения (0°<а<90° или 90°<а<180°)
Рис. 7. К расчету лобовой части обмотки якоря синхронного генератора аксиального исполнения (а=90°)
2.13. Минимальный зазор между лобовыми частями проводников соседних секций на
А Л'фвн - 0,5' Ьлобвн -втСа)) меньшем диаметре., м: АобмЛИ^„ = (------Ьиз-эл-прое) ' ^Оен ) .
минвн г
2.14. Минимальный зазор между лобовыми частями проводников соседних секций на
Ж' (ин - 0,5 'Ьлобн -вШ«»
= (-н--Ьи
большем диаметре, м: А
обм,
'МИНН
Для радиального исполнения: Ао
мМИНВН
Z
= Ао
из _ эл _ пров
)-sin(X )•
мМИНн
= Ао
2.15. Средняя длина витка секции м: lBcf = 2 ■ laKmw + Lлобвн + L
3. Расчет магнитной цепи индуктора
лобн
3.1. Объем постоянного магнита, м : VMarH = ■
0,225■ РЭм-ЬгкРАС ■kad-kK
B0 ■Hk
0МАГН k МАГН
■V/■ М -
( cos(^) ) sin(^)
V kK3 ) kK3
3.2. Ширина одного магнита, м: Ьмагн = «р ■ т.
3.3. Длина магнита принимается больше активной длины магнитопровода якоря для снижения влияния краевого эффекта (ослабления магнитного потока у края постоянного
магнитаХ м: ¡магн = 1актУТ + 0 004 .
V......
магн магн
3.4. Высота магнита, м: hMarH =■
' магн 1 -г
Ь -l
ма^"
3.5. Высота ярма индуктора, м: hMP
Ф
ПОЛ
инд 2' В 'к ' I
^ ^ЯР ИндМАКС пЗС 2 1магн
3.6. Высота ждует^ м: ЬШд = Ьмагн + Кищ .
3.7. Основные размеры индуктора, м (рис. 8):
Аинд = Ят_окр + 5 ' М« + ж) - 1магн ' вШ« + ж) , £>2инд = Вэт _ окр + 5 ' М« + Ж) + 1магн ' + Ж) ,
Я
В3инд = Ят - окр + 2 ' (ЬИнД + -) ' ^С« + Ж) + 1магн ' в^« + ж) ,
5
В4инд = Вэт - окр + 2 ' (ЬИнД + ' ^С« + ж) - 1 магн ' в^« + Ж) .
Рис. 8. К определению размеров магнитопровода индуктора 4. Расчет массы машины
4.1. Площадь поперечного сечения паза, м2: Qп = (Ьп - ИуС) - ЬПт .
4.2. Масса зубцов якоря, кг:
Мгяк = (Ж ' (°эт - окр + (ЬП + 5) ' М«)) ' ЬП - ^ 'г) ' 1актуТ ' кЗс1 7650 .
4.3. Масса ярма якоря, кг:
т
ЯРя
= ж(D + (2 • hn + кЯР + 8) • cos(a)) • кЯР • l
V эт окр V П ЯРov ' \ // ЯРаи- а
• кЗС1 • 7650.
4А Масса магнитов, кг: тпш = • Ъмагн • hMazH •2 • p •7800. 4.5. Масса ярма индуктора, кг:
тяр = ТТфэт окр + (2 • Ксгн + КраД + 8) • cos(«)) • V
ГИНД 4 эт _ ОКр v магн яр^НД
4.6. Масса обмотки якоря, кг: mt
ОбМя
= w
фУТ
•m • q
ЯКэ.
• Lh • кзс2 • 7650. ^ • lB • 8900-1,05•Ю-6
роеУт ВСР
47. Масса активн^1х мaтериaлов, кг: тАКТ_МАТ = т2ж + тЯрж + тпОл + тяРИНД + тобМш .
4.8. Конструктивный коэффициент (коэффициент привеса): км =(1,2.1,5) (зависит от мощности ЭМ, ее типа, конструктивного исполнения, угла наклона воздушного зазора к оси вращения ротора).
4.9. Полная масса машины, кг: тПОлН = тАКТ МАТ ■ км.
5. Расчет потерь и КПД
5Л. Потери в обмотке якор^ Вт: РОБМ ЯК = т ■ 12тм ■ Яяк,
5.2. Потери в стали якоря, Вт:
P = P
1 СТ _ ЯК 1 уд _ ст
400
О
• т,
• К +
17.
( B
раб
• тЯГ • к,
ЯРЯК 1ЯР
5.3. Механические потери (трения в подшипниках) и вентиляционные, Вт:
РМЕХ = КРШХ • Рном • C0S(^).
5.4. Добавочные тотери Вт: Рд0Б = Крдоб • Рном •C0S(^ .
5.5. Сумма потерь, Вт: Рполн_ПОТ = Робм_ЯК + РСТ_ЯК + Рмех + Рдоб .
5.6. Коэффициент полезного действия:
Рном • C0S(^
для генератора: г =
Рном ■ + РПОЛН ПОТ
Рном ■ С0§(^) " РПОЛН ПОТ
- для двигателя: ] =-=-.
Рном ■ СОвО)
Разработанная методика позволяет проектировать новые синхронные ЭМ с любым углом наклона воздушного зазора к оси вращения. При изменении угла наклона воздушного зазора к оси вращения ротора мощностные характеристики ЭМ остаются постоянными, однако при этом меняются масса, габариты, форма ЭМ. Поэтому приведенная методика позволяет проектировать синхронные ЭМ с заданными характеристиками по выбранному критерию (масса, габариты, форма). Описанная методика была проверена на известном генераторе ГТ30НЖЧ12 (рис. 9).
Рис. 9. Генератор ГТ30НЖЧ12 в разрезе (стендовый образец)
- 103 -
Результаты расчета показали хорошую сходимость с паспортными данными этого генератора (погрешность определения габаритных размеров не превысила 4%).
Анализ спроектированных по данной методике синхронных генераторов показал, что при соотношении наружного и внутреннего диаметров, оптимальном для генераторов аксиального исполнения, величина конструктивного коэффициента находится на границе или за пределами области оптимальных значений для генераторов радиального исполнения. Поэтому график зависимости оптимальных значений Х(р) для аксиальных ЭМ должен располагаться ниже графика, представленного для радиальных ЭМ, как показано на рисунке 10. График, изображенный на рисунке 10 для а=90о, соответствует теоретическим соотношениям, приведенным в [20, с. 117, формулы (12-15)]. С учетом [20, с. 116] отклонение в пределах ±20% от оптимальной величины не вызывает заметного ухудшения характеристик ЭМ.
Рис. 10. Оптимальное отношение расчетной длины активной зоны магнитопровода к диаметру эталонной окружности для радиальных и аксиальных ЭМ
Спроектированные и изготовленные по представленной методике ветро-солнечные генераторы и генераторные установки демонстрировались в 2016 г. на Международной выставке-форуме «Экотех» (г. Москва, МВЦ «Крокус Экспо»); на V юбилейном Международном инвестиционном форуме «Сочи-2016»; на 72-й Международной технической ярмарке 1ТБ 2016 (г. Пловдив, Республика Болгария); на Международном Салоне «Изобретения и инновации» (г. Тур, Франция), где неизменно получали высокие отзывы, а трехвходовая аксиальная генераторная установка [26], преобразующая световую и тепловую энергию солнца и кинетическую энергию ветра в электрическую, отмечена на Международном салоне «Изобретения и инновации» (г. Тур, Франция) дипломом и золотой медалью.
Перспективная методика расчета, предложенная авторами в настоящей работе, позволяет унифициравать расчет параметров синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов для ветро-солнечных генераторных установок различного конструктивного исполнения.
Исходя из данных, представленных на рисунке 10, следует, что для каждого значения угла наклона воздушного зазора к оси вращения ротора существует своя область оптимальных значений При эквивалентных преобразованиях ЭМ [20-22] необходимо учитывать этот факт и выбирать угол наклона воздушного зазора к оси вращения ротора для эквивалентной ЭМ таким образом, чтобы параметры проектируемой ЭМ оставались в области значений Х\(р), оптимальных для выбранного угла наклона воздушного зазора к оси вращения ротора. Это, в свою очередь, означает, что существует предельный угол наклона воздушного зазора к оси вращения ротора, превышение которого приведет к выходу величины отношения основных размеров проектируемой эквивалентной ЭМ за пределы зоны оптимальных значений, что крайне нежелательно.
Кроме того, из зависимостей, представленных на рисунке 10, следует, что для одинакового числа пар полюсов при фиксированном диаметре эталонной окружности оптимальное значение X, в аксиальных ЭМ достигается при меньшей расчетной длине I магнитопровода якоря, чем в радиальных. Это является отличительной особенностью ЭМ аксиального (как наиболее перспективного) конструктивного исполнения, которую следует учитывать на начальном этапе проектирования ЭМ.
Примечания:
1. Нетрадиционные электромеханические преобразователи энергии в системе автономного электроснабжения / Б.Х. Гайтов, Т.Б. Гайтова, Я.М. Кашин, Л.Е. Копелевич, А.В. Самородов // Известия вузов. Электромеханика. 2008. № 1. С. 21-28.
2. Гайтова Т.Б., Кашин Я.М. Нетрадиционные электротехнические комплексы (теория, расчет и конструкции). Краснодар: КВАИ, 2004. 403 с.
3. Кашин Я.М., Кашин А.Я., Пауков Д.В. Обоснование и разработка перспективных конструкций генераторных установок для систем автономного электроснабжения // Известия вузов. Электромеханика. 2012. № 1. С. 46-53.
4. Перспективные разработки для систем электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Л.Е. Копелевич, А.В. Самородов, Р.А. Пахомов, Н.В. Ладенко // Наука Кубани. 2014. № 4. С. 39-44.
5. Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., Белов А.А. Об использовании потенциала энергии ветра и солнца в Краснодарском крае // Электротехнические комплексы и системы: материалы Междунар. научн.-практ. конф. Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. 2016. С. 229-231
6. Математическое моделирование перспективных генераторных установок для систем автономного электроснабжения / Т.Б. Гайтова, Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Л.Е. Копелевич, А.Я. Кашин, А. С. Князев // Известия вузов. Электромеханика. 2013. № 3. С. 16-23.
7. Двухмерная электрическая машина-генератор для автономных систем электроснабжения / Б. Х. Гай-тов, Л.Е. Копелевич, А.В. Самородов, Я.М. Кашин // Наука. Техника. Технологии (Политехнический вестник). Краснодар: Издательский дом - Юг, 2013. № 1-2. С. 66-70.
8. Включение двухмерных машин на общую нагрузку / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Н.В. Ладенко, А.В. Самородов // Энергосбережение и водоподго-товка. 2014. № 1. С. 71-73.
9. Ветро-солнечные генераторы для электроснабжения объектов нефтяной отрасли / Е.А. Зеленская, Б.Х. Гайтов, Л.Е. Копелевич, А.В. Самородов, Я.М. Кашин, Н.В. Ладенко // Газовая промышленность. 2014. № 6 (707). С. 114-117.
10. Патент на изобретение RUS № 2450411. Аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Т.Б. Гайтова, А.Я. Кашин, Д.В. Пауков, А.В. Голощапов. Опубл. 12.01.2011 г. Бюл. № 13.
11. Патент на изобретение RUS № 2561504. Аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, А.Я. Кашин, Л.Е. Копелевич, А.В. Самородов. 16.06.2014 г.
12. Патент на изобретение RUS № 2137586. Многофазный трансформатор-фазорегулятор / Б.Х. Гай-тов, Я.М. Кашин, Н.А. Сингаевский, Ф.И. Жуков, С.Н. Исик. 06.04.1988 г.
13. Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., Гайтова Т.Б. Патент на изобретение RUS № 2249871. Многофазный трансформатор. 03.03.2003 г.
14. Гайтова Т.Б., Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. Перспективные конструкции аксиальных много-
References:
1. Unconventional electromechanical converters of energy in the system of autonomous power supply / B.Kh. Gaytov, T.B. Gaytova, Ya.M. Kashin, L.E. Ko-pelevich, A.V. Samorodov // Proceedings of the Higher Educational Institutions. Electromechanics. 2008. No. 1. P. 21-28.
2. Gaytova T.B., Kashin Ya.M. Innovative electrical systems (theory, calculation and construction). Krasnodar: RVAI Publishing House, 2004. 403 рp.
3. Kashin Ya.M., Kashin A.Ya., Paukov D.V. The statement and the development of advanced generating sets designs for systems of autonomous power supply // News of Higher Educational Institutions. Electrome-chanics, 2012. No. 1. P. 46-53.
4. Advanced development for power supply systems based on renewable energy / B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, L.E. Kopelevich, A.V. Samorodov, P.A. Pakhomov, N.V. Ladenko // Cience of Kuban. 2014. No. 4. P. 39-44.
5. Gaytov B.Kh., Kashin Ya.M., Belov A.A. On the use of wind and solar energy in Krasnodar region // Elec-trotechnical complexes and systems: materials of the Intern. scientifically-practical conf. Ufa: Ufa State Aviation Technical University. 2016. P. 229-231.
6. Mathematic Modulation of ptrspektive Generator Aggregates for Power Supply Systems / T.B. Gaytova, B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, L.E. Kopelevich, A^. Kashin, A.S. Knyazev // Proceedings of the Higher Educational Institutions. Electromechanics. 2013. No. 3. P. 16-23.
7. Two-dimensional electric machine-generator for offline power supply systems / B.Kh. Gaytov, L.E. Kopelevich, A.V. Samorodov, Ya.M. Kashin // Science. Technique. Technology (Polytechnic Bulletin). Krasnodar: Publishing House - Yug, 2013. No. 1-2. P. 6670.
8. The inclusion of 2D machines in total load / B.Kh. Gaytov, Ya.M Kashin., N.V. Ladenko, A.V. Samorodov // Saving Energy and Water. 2014. No. 1. P. 71-73.
9. Wind-solar generators for supply of objects of oil industry / E.A. Zelenskaya, B.Kh. Gaytov, L.E. Kopelevich, A.V. Samorodov, Ya.M. Kashin, N.V. Ladenko // Gasovaya promyshlennost (Gas Industry), 2014. No. 6 (707). Р. 114-117.
10. Patent for Invention RUS No. 2450411. Axial two-way contactless electric machine generator / B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, T.B. Gaytova,
A.Ya. Kashin, D.V. Paukov, A.V. Goloshchapov. It is published on 12.01.2011. Bul. No. 13.
11. Patent for invention. RUS No. 2561504. Axial two-input contactless wind and solar generator /
B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, A.Ya Kashin, L.E. Kopelevich, A.V. Samorodov. 16.06.2014.
12. Patent for Invention RUS No. 2137586. Multiphase transformer-phase regulator / B.Kh. Gattov, Yа.M. Kashin, N.A. Singaevsky, F.I. Zhukov, S.N. Isik. 06.04.1988.
13. Gaytov B.Kh., Kashin YaM., Gaytova T.B. Patent for invention RUS No. 2249871. Multiphase transformer. 03.03.2003.
14. Gaytova T.B., Gaytov B.Kh., Kashin Ya.M. Prospective design of axial multiphase transformers and
фазных трансформаторов и регуляторов с вращающимся магнитным полем // Известия вузов. Электромеханика. 2005. № 3. С. 44-47.
15. Патент на изобретение RUS № 2168785. Аксиальный индукционный регулятор / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Н.А. Сингаевский, А.Ю. Савченко, С.Р. Шарифуллин. 06.04.1998 г.
16. Патент на изобретение RUS № 2170971. Сдвоенный аксиальный индукционный регулятор / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Н.А. Сингаевский, А.В. Самородов, Ф.М. Ариди, А.П. Майоров. 31.03.1999 г.
17. Патент на изобретение RUS № 2284426. Аксиальный центробежный двигатель-насос / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, М.И. Рябухин, Т.Б. Гайтова. 20.04.2005 г.
18. Патент на изобретение RUS № 2340974. Аксиальный двигатель-насос / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, М.И. Рябухин, Т.Б. Гайтова, А. Я. Кашин. 26.10.2007 г.
19. Патент на изобретение RUS № 2529210. Аксиальный бесконтактный двигатель-генератор / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, А.С. Князев, А.Я. Кашин, С.А. Пудов. 03.10.2013 г.
20. Определение основных размеров аксиальных электрических машин / Я.М. Кашин, А.Я. Кашин, А.С. Князев, Б.Н. Абзалов // Наука. Техника. Технологии (Политехнический вестник). Краснодар: Издательский дом - Юг, 2016. № 1. С. 111121.
21. Князев А.С. Эквивалентное преобразование электрических машин с коническим ротором // Технические и технологические системы «ТТС-15»: материалы VII Междунар. науч. конф. / под общ. ред. Б.Х. Гайтова. Краснодар: Издательский дом - Юг, 2015. С. 127-132.
22. Кашин А.Я., Князев А.С. Радиальные и аксиальные электрические машины как частный случай электрических машин с коническим ротором. Основные определения // Технические и технологические системы «ТТС-15»: материалы VII Ме-ждунар. науч. конф. / под общ. ред. Б.Х. Гайтова. Краснодар: Издательский дом - Юг, 2015. С. 121-127.
23. Копылов И.П. Проектирование электрических машин: учеб. для вузов. М.: Юрайт, 2011. 767 с.
24. Сквозное проектирование синхронных электрических машин с постоянными магнитами / Я.М. Кашин, А.Я. Кашин, А.С. Князев, А.В. Рак-ло // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2016. Вып. 3 (186). С. 114121. URL: http://vestnik.adygnet.ru
25. Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С. Эквивалентные электрические машины. Исследование эквивалентных радиальных и аксиальных синхронных генераторов с постоянными магнитами // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 1. С. 3-12.
26. Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С. Патент на изобретение RUS № 2589730. Трехвходовая аксиальная генераторная установка. 29.07.2015 г.
regulators with a rotating magnetic field // Proceedings of the Higher Educational Institutions. Electro-mechanics. 2005. No. 3. P. 44-47.
15. Patent for invention RUS No. 2168785. The axial induction regulator / B.Kh. Gaytov, Yа.M. Kashin, N.A. Singaevsky, A.Yu. Savchenko, S.R. Sharifullin. 06.04.1998.
16. Patent for invention RUS No. 2170971. Dual coaxial induction regulator / B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, N.A. Singaevsky, A.V. Samorodov, F.M. Aridi, A.P. Mayorov. 31.03.1999.
17. Patent for invention RUS No. 2284426. Axial centrifugal motor pump / B.Kh. Gaytov, Yа.M. Kashin, M.I. Ryabukhin, T.B. Gaytova. 20.04.2005.
18. Patent for invention RUS No. 2340974. Axial engine-pump / B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, M.I. Ryabukhin, T.B. Gaytova, A.Ya Kashin. 26.10.2007.
19. Patent for invention RUS No. 2529210. Axial contact-free engine-generator / B.Kh. Gaytov, Ya.M. Kashin, A.S. Knyazev, A.Ya. Kashin, S.A. Pudov. 03.10.2013.
20. Determination of main dimensions of axial electric machines / Yа.M. Kashin, A.Yа. Kashin,
A.S. Knyazev, B.N. Abzalov // Science. Technique. Technology (Polytechnic Bulletin). Krasnodar: Publishing House - Yug, 2016. No. 1. P. 111-121.
21. Knyazev A.S. Equivalent transformation of electric machines with conical rotor / Technical and technological systems "TTS-15": materials of VII Intern. scient. conf. / general ed. by B.Kh. Gaytov. Krasnodar: Publishing House - Yug, 2015. Р. 127-132.
22. Kashin A.Y&, Knyazev A.S. The radial and axial electric machine as a particular case of electrical machines with a conical rotor. Basic definitions // Technical and technological systems "TTS-15": materials of VII Intern. scient. conf. / general ed. by
B.Kh. Gaytov. Krasnodar: Publishing House - Yug, 2015. P. 121-127.
23. Kopylov I.P. Electrical machines Design, textbook for high schools. M.: Publishing House Yurayt, 2011. 767 рp.
24. Through designing synchronous electric machines with permanent magnets / Ya.M. Kashin, A^. Kashin, A.S. Knyazev, A.V. Raklo // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2016. Iss. 3 (186). P. 114-121. URL: http://vestnik.adygnet.ru
25. Kashin Ya.M., Kashin A.Y&, Knyazev A.S. Equivalent electrical machines. Study of equivalent radial and axial synchronous generator with permanent magnets // Lead Institutions of Higher Education of Thernosemee. 2016. No. 1. P. 3-12.
26. Kashin Ya.M., Kashin A.Y&, Knyazev A.S. Patent for Invention RUS No. 2589730. Three-input axial Generator plant. 29.07.2015.
