Научная статья на тему 'РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ'

РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
267
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НЕОДИМОВЫЙ МАГНИТ / ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА / ЗУБЕЦ / ОБМОТКА / МАГНИТНЫЙ ПОТОК / ПОЛЮС

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Петько Виктор Гаврилович, Фомин Максим Борисович, Рахимжанова Ильмира Агзамовна, Колесников Александр Борисович, Садчиков Александр Сергеевич

В статье рассмотрены вопросы, касающиеся перспектив использования тихоходных синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов в ветроагрегатах с непосредственным (безредукторным) соединением валов генератора и ветротурбины. Такая компоновка ветроагрегатов позволит повысить их надёжность и окупаемость в процессе эксплуатации. Изготовлен опытный образец генератора с внешним ротором с числом пар полюсов ротора 13 и числом пар полюсов статора 12. Для возбуждения использованы неодимовые магниты NdFeBN38 с размерами 50×20×9 мм, имеющие коэрцетивную силу Нс, равную 955000 А/м и остаточную магнитную индукцию Вr, равную 1,235 Тл. Осуществлён расчёт магнитной цепи генератора, определён магнитный поток и электродвижущая сила (ЭДС) витка обмотки, катушки и с учётом обмоточного коэффициента ЭДС, наводимая в обмотках каждой фазы. Рассчитаны и определены опытным путём зависимости ЭДС от частоты вращения. Максимальное расхождение результатов, полученных теоретически и опытным путём, не превышает 11 %. Опытным путём снята внешняя характеристика генератора и зависимости тока, напряжения и момента на валу от сопротивления нагрузки. Поставлены задачи усовершенствования с учётом полученных результатов и дальнейшего исследования синхронного генератора в направлении уточнения его энергетических и силовых характеристик.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Петько Виктор Гаврилович, Фомин Максим Борисович, Рахимжанова Ильмира Агзамовна, Колесников Александр Борисович, Садчиков Александр Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CALCULATION OF THE MAGNETIC CIRCUIT AND TEST RESULTS OF A SYNCHRONOUS GENERATOR WITH PERMANENT MAGNET EXCITATION

The article discusses issues related to the prospects for the use of low-speed synchronous generators with excitation from permanent magnets in wind turbines with a direct (gearless) connection of the shafts of the generator and the wind turbine. This arrangement of wind turbines will increase their reliability and, most importantly, the cost and, as a result, payback during operation. A prototype generator with an external rotor with 13 rotor pole pairs and 12 stator pole pairs was made. For excitation, neodymium magnets NdFeBN38 with dimensions 50×20×9 mm, having a coercive force Hc equal to 955000 A/m and a residual magnetic induction Br equal to 1.235 T, were used. The calculation of the magnetic circuit of the generator was carried out, the magnetic flux and electromotive force (EMF) of the winding coil, coil and, taking into account the winding coefficient of the EMF, induced in the windings of each phase, were determined. Calculated and determined empirically by the dependence of the EMF on the rotation frequency. The maximum discrepancy between the results obtained theoretically and experimentally does not exceed 11 %. The external characteristic of the generator and the dependence of the current, voltage and moment on the shaft on the load resistance were also taken empirically. The tasks of improvement are set taking into account the results obtained and further research of the synchronous generator in the direction of clarifying its energy and power characteristics.

Текст научной работы на тему «РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ»

Литература

1. Контроллеры управления для тепловых насосов [Электронный ресурс]. URL: http://i.digimark.ru/controller-иргау1етуа/(дата обращения 18.05.2021).

2. Контроллеры для тепловых насосов |OEM| Siemens Russia [Электронный ресурс]. URL: https://new.siemens. com/ru/ru/produkty/avtomatizaciya-i-bezopasnost-zdanij/ hvac/oem/kontrollery-dlya-teplovyh-nasosov.html (дата обращения 18.05.2021).

3. Контроллер тепловых насосов RVS61.843/109 [Электронный ресурс]. URL: https://microklimate.ru/kon-troller_teplovih_nasosov_rvs61_843_109/ (дата обращения 18.05.2021).

4. Oni и Электростиль. Где купить панели оператора, контроллеры, логические реле, преобразователи частоты и электродвигатели Они в России [Электронный ресурс]. URL: http://oni.estl.ru/?group=PLR-S-CPU (дата обращения 18.05.2021).

5. Как работает электронный расширительный вентиль (ЭРВ) [Электронный ресурс]. URL: https:// lessar.com/about/technology/5573/ (дата обращения 18.05.2021).

6. Драйверы и контроллеры шагового двигателя [Электронный ресурс]. URL: https://stepmotor.ru/ustrojstvo-upravleniya/block (дата обращения 18.05.2021).

7. Кизуров А.С., Козлов А.В. Учебный стенд по обучению автоматизации работы насосных установок для АПК // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 2 (76). С. 137 - 140.

8. Кизуров А.С. Тестирование разработанной модели системы поддержания уровня жидкости в технологическом резервуаре (водоёме) // Известия Оренбурского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 147 - 152.

9. Kizurov A.S. Modernization of the heat pump installation for drying wheat // Journal of Physics: Conference Series. 2020; 1614(1): 012068.

10. Юрицин С.А., Кизуров А.С., Лапшин И.П. Бездроссельная теплонасосная установка. Свидетельство о государственной регистрации патента на изобретение RUS 2614133 от 22.03.2017 г

11. Кизуров А.С. Бездроссельная теплонасосная установка с регенеративным теплообменником. Свидетельство о государственной регистрации патента на полезную модель RU 198970 U1 от 05.08.2020 г.

Анатолий Сергеевич Кизуров, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625000, г. Тюмень, ул. Республики, 7, Impossible_@mail.ru

Anatoly S. Kizurov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Northern Trans-Ural State Agricultural

University. 7, Republic St., Tyumen, 625000, Russia, Impossible_@mail.ru

-♦-

Научная статья

УДК 621.3

doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-143-149

Расчёт магнитной цепи и результаты испытания синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов

Виктор Гаврилович Петько1, Максим Борисович Фомин1,

Ильмира Агзамовна Рахимжанова1, Александр Борисович Колесников2,

Александр Сергеевич Садчиков2, Ирина Валерьевна Колесникова3

1 Оренбургский государственный аграрный университет

2 ООО «Тюльганский электромеханический завод»

3 Оренбургский государственный университет

Аннотация. В статье рассмотрены вопросы, касающиеся перспектив использования тихоходных синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов в ветроагрегатах с непосредственным (без-редукторным) соединением валов генератора и ветротурбины. Такая компоновка ветроагрегатов позволит повысить их надёжность и окупаемость в процессе эксплуатации. Изготовлен опытный образец генератора с внешним ротором с числом пар полюсов ротора 13 и числом пар полюсов статора 12. Для возбуждения использованы неодимовые магниты NdFeBN38 с размерами 50x20x9 мм, имеющие коэрцетивную силу Нс, равную 955000 А/м и остаточную магнитную индукцию Вг, равную 1,235 Тл. Осуществлён расчёт магнитной цепи генератора, определён магнитный поток и электродвижущая сила (ЭДС) витка обмотки, катушки и с учётом обмоточного коэффициента ЭДС, наводимая в обмотках каждой фазы. Рассчитаны и определены опытным путём зависимости ЭДС от частоты вращения. Максимальное расхождение результатов, полученных теоретически и опытным путём, не превышает 11 %. Опытным путём снята внешняя характеристика генератора и зависимости тока, напряжения и момента на валу от сопротивления нагрузки. Поставлены задачи усовершенствования с учётом полученных результатов и дальнейшего исследования синхронного генератора в направлении уточнения его энергетических и силовых характеристик.

Ключевые слова: неодимовый магнит, электродвижущая сила, зубец, обмотка, магнитный поток, полюс.

Для цитирования: Расчёт магнитной цепи и результаты испытания синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов / В.Г. Петько, И.А. Рахимжанова, М.Б. Фомин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5 (9). С. 143 - 149. doi: 10.37670/20730853-2021-91-5-143-149.

Original article

Calculation of the magnetic circuit and test results of a synchronous generator with permanent magnet excitation

Viktor G. Petko1, Ilmira A. Rakhimzhanova1, Maxim B. Fomin1, Alexander B. Kolesnikov2,

Alexander S. Sadchikov2, Irina V. Kolesnikova3

1 Orenburg State Agrarian University

2 OOO "Tyulgansky Electromechanical Plant"

3 Orenburg State University

Abstract. The article discusses issues related to the prospects for the use of low-speed synchronous generators with excitation from permanent magnets in wind turbines with a direct (gearless) connection of the shafts of the generator and the wind turbine. This arrangement of wind turbines will increase their reliability and, most importantly, the cost and, as a result, payback during operation. A prototype generator with an external rotor with 13 rotor pole pairs and 12 stator pole pairs was made. For excitation, neodymium magnets NdFeBN38 with dimensions 50x20x9 mm, having a coercive force Hc equal to 955000 A/m and a residual magnetic induction Br equal to 1.235 T, were used. The calculation of the magnetic circuit of the generator was carried out, the magnetic flux and electromotive force (EMF) of the winding coil, coil and, taking into account the winding coefficient of the EMF, induced in the windings of each phase, were determined. Calculated and determined empirically by the dependence of the EMF on the rotation frequency. The maximum discrepancy between the results obtained theoretically and experimentally does not exceed 11 %. The external characteristic of the generator and the dependence of the current, voltage and moment on the shaft on the load resistance were also taken empirically. The tasks of improvement are set taking into account the results obtained and further research of the synchronous generator in the direction of clarifying its energy and power characteristics.

Keywords: neodymium magnet, electromotive force, tooth, winding, magnetic flux, pole.

For citation: Calculation of the magnetic circuit and test results of a synchronous generator with permanent magnet excitation / V.G. Petko, I.A. Rakhimzhanova, M.B. Fomin et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 91(5): 143 - 149. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-143-149.

смещаются по фазе на один период. Последнее позволяет выполнять генератор в трёхфазном, а также многополюсном (тихоходном) исполнениях. Эти особенности синхронного генератора делают возможным простое в кинематическом отношении соединение его вала с валом ветро-турбины, как правило, также тихоходной, без промежуточного редуктора.

Однако такое их соединение и нерегулируемое возбуждение генератора не позволяют осуществить простыми средствами стабилизацию выходного напряжения генератора на заданном уровне при изменении частоты вращения ветро-турбины, наблюдаемого в условиях переменной скорости ветра. Тем не менее этого можно добиться путём выпрямления напряжения с последующим инвертированием средствами силовой полупроводниковой техники.

С учётом обозначенной перспективы нами была поставлена цель - разработать и испытать опытный образец синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, предназначенного для безредукторной ветроэнергетической установки. Представленная работа дополняет ранее опубликованные материалы [2, 3].

Материал и методы. Для исследования был изготовлен тихоходный генератор с числом пар полюсов (зубцов) статора ps = 12 и числом пар полюсов ротора pr = 13. Внешний вид магнитной системы опытного образца генератора изображён на рисунке 2.

Ключевой задачей при теоретическом расчёте параметров данного синхронного генератора

Положительное свойство синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов заключается в том, что на создание магнитного поля они не расходуют ощутимую часть вырабатываемой ими энергии и не имеют скользящих контактов для передачи этой энергии на обмотку возбуждения полюсов ротора. В связи с этим они более экономичны, проще по конструкции и надёжней синхронных генераторов с электромагнитным возбуждением. Один из таких генераторов в качестве примера изображён на рисунке 1 [1].

Во избежание залипания полюсов ротора и статора, а также для уменьшения вибраций при вращении ротора число его пар полюсов должно быть на единицу больше числа пар зубцов железа статора. В этом случае силы притяжения полюсов статора и ротора уравновешиваются, а электродвижущие силы в обмотках статора

Рис. 1 - Синхронный генератор с внешним

ротором и возбуждением от постоянных магнитов

Рис. 2 - Внешний вид опытного образца генератора

является определение индуктируемой электродвижущей силы (ЭДС) в витках его обмоток в функции угловой скорости вращения ротора, а следовательно, и частоты / наводимой ЭДС. Для этого необходимо в результате расчёта магнитной цепи определить максимальный магнитный поток Фт, пронизывающий каждую катушку статора, и при известном её числе витков определить суммарную ЭДС в витках катушки по известному выражению [4]:

Ек = 4,44-/ЖК-Фт. (1)

Магнитная цепь генератора, по которой замыкается магнитный поток, включает воздушный зазор между полюсами статора и ротора и участки различного поперечного сечения железа статора и ротора. Величина магнитного потока будет определяться величинами остаточной магнитной индукции Вг и коэрцетивной силы

Hc используемых магнитов, а также суммарным падением магнитодвижущей силы (МДС) на всех участках замкнутой магнитной цепи.

Для возбуждения генератора были использованы неодимовые магниты типа NdFeBN38 с размерами cb d = 50^20^9 мм. Они имеют остаточную магнитную индукцию Br = 1,235 Тл и коэрцетивную силу Hc = 955000 А/м [5]. Пакет статора толщиной 50 мм набран из листов электротехнической стали марки 2412 толщиной 0,35 мм. Данные её кривой намагничивания приведены в таблице 1.

Кривая намагничивания конструкционной стали ротора представлена данными в таблице 2.

Для удобства проведения расчётов кривые намагничивания интерполированы средствами Mathcad зависимостями Hs(B) и Hr(B): {Hs(B) := mterp(lspline(Bts, Hts), B) и (Hr(B) := interp(lspline(Btr, Htr), B} Графически эти зависимости в пределах изменения магнитной индукции В от 0 до 1,5 Тл (B := 0, 0,1...1,5) представлены на рисунке 3.

3

3х103

3

Hs(B) 2x10

Hr(B) з ---- 1х103

0

,5

Рис. 3 - Кривые намагничивания

электротехнической Hs(B) и конструкционной Hr(B) сталей

1. Данные кривой намагничивания электротехнической стали [6, 7]

Bts Hts Bts Hts Bts Hts Bts Hts Bts Hts

0 0 0,8 133 1,3 585 1,8 15600 2,3 329000

0,4 67 0,9 166 1,4 1230 1,9 23900 2,4 419000

0,5 77 1 217 1,5 2500 2 59000 - -

0,6 90 1,1 295 1,6 5000 2,1 149000 - -

0,7 109 1,2 399 1,7 10000 2,2 239000 - -

2. Данные кривой намагничивания конструкционной стали [8]

Btr Htr Btr Htr Btr Htr Btr Htr Btr Htr

0 0 0,5 400 1 924 1,5 2890 2,0 29000

0,1 80 0,6 488 1,1 1090 1,6 4100 - -

0,2 160 0,7 584 1,2 1290 1,7 8500 - -

0,3 240 0,8 682 1,3 1590 1,8 12800 - -

0,4 320 0,9 798 1,4 2090 1,9 20200 - -

B

Результаты исследования. Теоретическое определение падения МДС на отдельных участках магнитной цепи опытного образца генератора [9] и в конечном итоге определение магнитного потока осуществим в математической системе Mathcad [10].

Форма и основные размеры магнитной цепи ротора и статора этого генератора в развёрнутом состоянии приведены на рисунке 4.

При изменяющейся в указанных выше пределах магнитной индукции В в теле постоянного магнита основная часть

Ф5(В) = Ф(В)-У5 / (У5 + У + Уь) его магнитного потока

Ф(В) = В^Ьс = БЬс проходит через воздушный зазор 5, а остальная часть

Фг(В) = Ф(В)(У + ^ь) / (У> + У + Ч) в виде потока рассеяния замыкается через боковые и торцевые поверхности магнита и далее через воздух на спинку ротора, где У = ' Цо ' Nг/ (п2 ■ Бгр) - магнитная проводимость между торцевыми поверхностями магнитов, Вб/А;

Уь = 2ц0Бс^/ (кОгр/ Ыг - Ь) - магнитная проводимость между боковыми поверхностями магнитов, Вб/А;

У5 = Цо«Ьс / 5 - магнитная проводимость в направлении основного магнитного потока, Вб/А.

Тогда в воздушном зазоре: индукция Б5(Б) = Ф5(Б) / «Ьс, Тл; напряжённость Н5(В) = Б5(Б) / ц0, А/м; падение МДС ЛF5(Б) = 2-Н5(В)-5, А (рис. 5)

ПКу = 0,245

Ък = Ы2 = 0,01 Ъ = 0,02

тк = жОг/Ыг = 0,025

<4—й-:-р

1сг = 0,029

2Кс = 0,006.

а = 0,009

; 8

Бза = 0,14 кс = 0,03

ОЗУ = 0,135

Г"*"*

йКс = 0,235',

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

7

& = 0,023

Ъс

тх = пйз /2р= 0,027

тхс = пйзе /Ш = 0,01

с = 0,05

Ы = Ы +2 = 26

8 = 0,001 ¿и = 0,005 I 8

= 0,004

Ъ2 = 0,01

Ы = 2р = 24

Взс = 0,125

С|

Ъб = Ък = 0,01

Рис. 4 - Магнитная система в развёрнутом виде опытного образца синхронного генератора

Я5( В)

1x10

8x10

6x10

4x10

2x10

0

2x10

3

1.5x10 №5 (В) 1х103 500

0

0 0,5 1 1,5 0 0,5 1 1,5

ВВ

Рис. 5 - Зависимости напряжённости и потери МДС в воздушном зазоре от магнитной индукции в теле магнита

N

2x10

Hz (B) 1,5x103

Hs_(B) ixio3 Hr( B)

500 0

AFz (B)

AFcs (B) AFcr (B)

100 80 60 40 20 0

0 0,2 0,4 0, B

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 В

Рис. 6 - Зависимости напряжённости и потери МДС в зубцах и спинках статора и ротора от магнитной индукции теле магнита

0,8

В зубцах статора:

индукция Бг(Б) = 0,95Б5(Б)«Ьс / (с Ьг), Тл; напряжённость Нг(Б) = Hs(Бz(B)), А/м; падение МДС ЛFz(Б) = 2Нг(Б)(/г + Ьs / 2), А. В спинке статора:

индукция Бcs(Б) = Бг(Б)Ьг / (2Ьs), Тл; напряжённость Hcs(Б) = Hs(Бcs(Б)), А/м; падение МДС AFcs(Б) = 2^(Б) (Ьс+Ь), А. В спинке ротора: индукция Бсг(Б) = Б Ь / Ьг, Тл; напряжённость Нсг(Б) = Нг(Бсг(Б)), А/м; падение МДС

AFcs(B) = Нсг(Б)тйфгу - Ьй) / £г, А (рис. 6). Суммарное падение МДС магнитного контура равно: AF(Б) = AF5(Б) + AFz(Б) + AFcs(Б) + AFcs(B). В результате напряжённость размагничивания магнита имеет вид:

Нр(Б) = AF(Б) / (2Л), а напряжённость по кривой размагничивания: Нт(Б) = (Б - Бг) Нс / (0,5Б - Бг). Эти зависимости, рассчитанные в Mathcad, представлены на рисунке 7.

Рабочее значение магнитной индукции Бх в теле магнита является корнем уравнения /(Б) = Нр(Б) - Нт(Б) = 0. В системе Mathcad он находится путём выполнения команды: Вх := гоо^ДВ), В, 0, 1.5). В итоге для данного синхронного генератора Вх = 1,129 Тл.

Тогда максимальный магнитный поток, пронизывающий каждую катушку обмотки генератора, равен:

Фт = БхсЬ2 = 9,323-10-4 Вб, а ЭДС, которая наводится в витках катушки, при числе витков катушки Жк = 17. Согласно уравнению (1):

Ек/ = 4,44-Жк-Фт/= = 4,44-17-9,323-10-4/ = 0,07/ Рассматриваемый опытный образец синхронного генератора изготовлен в двухфазном исполнении. Каждая фазная обмотка состоит из последовательно соединённых двух групп кату-

шек, соединённых последовательно, состоящих из соединённых последовательно шести катушек. В допущении, что ЭДС в каждой из катушек синусоидальны и сдвинуты друг относительно друга в соседних катушках на угол 2п/24, ЭДС фазы в функции частоты:

Еф/ = 2-Ек(/)^т(л/4) / Зт(л/24) = 56,2/.

Эта полученная теоретически закономерность подтверждена данными испытания генератора на холостом ходу (табл. 3).

Графически это проиллюстрировано на рисунке 8.

Как видно, расхождение результатов не превышает 11 %, что вполне приемлемо для того уровня допущений, которые были приняты при расчёте магнитной цепи.

Проведено также испытание генератора под нагрузкой. По первому варианту изменялась частота вращения вала генератора при неизменном сопротивлении нагрузки. Измерялись фазные ток и напряжение. Результаты испытания представлены в таблице 4.

Графически зависимости тока и напряжения представлены на рисунке 9.

6

1x10 8х105 HP (B) 6х105 Hm(B) 4х105 2х105

0,5

1,5

B

Рис. 7 - Зависимости напряжённости

размагничивания Нр и напряжённости Нт магнита на участке размагничивания от магнитной индукции Б

1

0

0

1

3. Данные испытания генератора на холостом ходу

Частота вращения ротора п, об/мин 0 100 160 200 250 315

Частота наводимой в обмотках ЭДС /= пр / 60, Гц 0 21,7 34,7 43,3 54,2 68.25

Измеренное значение амплитуды ЭДС фазы Ефа, В 0 21,7 34 45 55 75

Действующее значение ЭДС фазы Еф = Ефа / 1,41, В 0 15,4 24,1 31,9 39,0 53,2

Расчётное значение ЭДС фазы Ефр = 56,2/ В 0 16,8 26,9 33,6 42,0 52,94

5Еф = 200-(Ефр - Еф) / (Ефр + Еф), % 0 8,7 11 5,2 7,4 -0,49

4. Опытные данные генератора при различной частоте вращения

Сопротивление нагрузки Яф = 15,7 Ом

Частота вращения ротора п, об/мин 50 100 200 250 315

Частота тока / = рп / 60, Гц 10,8 21,7 43,3 54,2 336,9

Фазное напряжение иф, В 7,4 14,7 29,4 37,4 46,8

Фазный ток /ф, А 4,75 9,4 18,6 23,6 2,95

60

50

40

30

20

10

-10

1

9 ✓

л £

у *

/ * -А

£ г "V < * Ч ч

2 0 4 0 6 0 ч 1 8

Частота /, Гц ■Еф, В -■- Ефр, В

8Еф, %

Рис. 8 - Опытная Еф/ и расчётная Ефр зависимости ЭДС от частоты

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Частота, Гц ■иф, В

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

-/ф-10, А

Зависимости практически линейны, что находится в полном соответствии с выражением (1).

По второму варианту испытаний генератора под нагрузкой изменялось активное сопротивление нагрузки при неизменной частоте вращения ротора (табл. 5).

Зависимости напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки (внешняя характеристика), а также крутящего момента на валу и сопротивления нагрузки в графическом виде представлены на рисунке 10.

60 50 40 30 20 10 0

иф, В

10

Фазный ток, А -Ш- М, Нм

15

К, Ом

20

Рис. 9 - Графики зависимостей тока и напряжения от частоты под нагрузкой

Рис. 10 - Графическая интерпретация результатов испытания генератора при различном сопротивлении нагрузки

Внешняя характеристика генератора достаточно жёсткая. Изменение же момента от тока нагрузки, как это и следует из теоретического анализа процессов электромагнитного взаимодействия статора и ротора, происходит практически по линейному закону.

0

0

5

5. Данные испытания генератора при различном сопротивлении нагрузки

Сопротивление нагрузки Я, Ом да 15,7 7,26 3,55 1,8 0

Фазное напряжение иф, В 53,2 46,8 45 41,1 34,4 0,7

Фазный ток /ф, А 0 2,95 6,16 11,4 18,6 36,5

Момент на валу, М, Нм 0,5 1,2 2,5 4,06 5,6 20

Выводы. Произведённые расчёт магнитной цепи и испытание макетного образца синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов подтвердили его работоспособность и показали полное соответствие результатов теоретического и экспериментального исследования его электромагнитных характеристик. Полученные результаты могут быть положены в основу конструкции генераторов такого типа, сориентированных на использование в конкретной ветроэнергетической установке. Дальнейшее исследование генератора должно быть направлено на определение его силовых и энергетических характеристик.

Литература

1. Магнитные цепи с постоянными магнитами. Основы расчёта систем с постоянными магнитами. [Электронный ресурс]. URL: https://psbadres.ra/magnitnye-cepi-s-postoyannymi-magnitami-osnovy-rascheta-sistem-s. html (дата обращения 16.08.2021).

2. Автономная ветроэнергетическая установка / В.Г. Петько, И.А. Рахимжанова, М.Б. Фомин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 181 - 186.

3. Обзор, анализ и перспективы использования те-плогенерирующих ветроустановок в системах отопления и горячего водоснабжения // В.Г. Петько, М.Б. Фомин, И.А. Рахимжанова [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 190 - 196.

4. Сукманов В.И. Электрические машины и аппараты. М.: Колос, 2001. 147 с.

5. Таблица параметров неодимовых магнитов [Электронный ресурс]. URL: https://magnet-magazin.ru/ stati-o-magnitah/magnitnye-harakteristiki-ndfeb (дата обращения 12.07.2021).

6. Синхронные двигатели [Электронный ресурс]. URL: https://uchebana5.ru/cont/2025365-p15.html (дата обращения 05.06.2021).

7. Мишин Д.Д. Магнитные материалы: учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991. 384 с.

8. Магнитные свойства основных отечественных конструкционных сталей [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/3766649/page:10/ (дата обращения 08.05.2021).

9. Расчёт магнитной цепи с постоянным магнитом [Электронный ресурс]. URL: https://websor.ru/osnovy/ teoreticheskie-osnovy-elektrotehniki/raschet_postsmagcepei/ (дата обращения 08.05.2021).

10. Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO. М.: Издательство «СК Пресс», 1998. С. 242 -243.

Виктор Гаврилович Петько, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, vgpetko@mail.ru

Максим Борисович Фомин, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, mbfom@mail.ru

Ильмира Агзамовна Рахимжанова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ahmetova_i@mail.ru

Александр Борисович Колесников, инженер. ООО «Тюльганский электромеханический завод». Россия, 460512, г. Оренбург, пос. Каргала, ул. Заводская, 1, kolesnikov.temz@gmail.com

Александр Сергеевич Садчиков, инженер. ООО «Тюльганский электромеханический завод». Россия, 460512, г. Оренбург, пос. Каргала, ул. Заводская, 1, sadchikov.temz@gmail.com

Ирина Валерьевна Колесникова, кандидат философских наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, Оренбургская область, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ivk777@bk.ru

Victor G. Petko, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, vgpetko@mail.ru

Maxim B. Fomin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, mbfom@mail.ru

Ilmira A. Rakhimzhanova, Doctor of Agricultural Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, ahmetova_i@mail.ru

Alexander B. Kolesnikov, engineer. Tyulgansky Electromechanical Plant. 1, Zavodskaya St., pos. Kargala, Orenburg, 460512, Russia, kolesnikov.temz@gmail.com

Alexander S. Sadchikov, engineer. Tyulgansky Electromechanical Plant. 1, Zavodskaya St., pos. Kargala, Orenburg, 460512, Russia, sadchikov.temz@gmail.com

Irina V. Kolesnikova, Candidate of Philosophy, Associate Professor. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave.,

Orenburg, 460018, Russia, ivk777@bk.ru

-♦-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.