автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автономный электротехнический комплекс на основе двухроторного генератора с постоянными магнитами

Развитие материачьной культуры человеческого общества в современном мире определяется созданием и использованием источников энергии [1], и в первуто очередь электроэнергии. В настоящее время в развивающихсянах уровень энерговооруженности отстает от соответствующего показателя в развитых индустриальныхнах. Этот показатель во многом определяет не только экономическж потенщ1Ш1ны, но и уровень жизни населения. Поэтому одной из актуальных проблем для развивающихсян является электрификация.

Следует отмстить, что в некоторых развивающихся странах Юго-Восточной А.ЗИИ, таких как Вьетнам, Лаос, Камбоджа и др., имеется сложное географическое положение и даже многие труднодоступные места. Поэтов в энергетической стратегии страны для того, чтобы обеспечить энергетическое развитие государства, с одной стороны, необходимо построить мощные электростанции и сформировать единую энергетическую систему страны путем сооружения магистральных линий электропередачи с высою™ напряжением. С другой стороны следует обратить внимание на развитие и использование возхможностей хматой и нетрадщионной энергетики для автономных систем электроснабжения (АСЭС), чтобы обеспечить электроснабжение населения и производство в зонах децентрализованного электроснабжения [2, 3]. Следует отметить, что в странах Юго-Восточной Азии, а также в России имеется очень большой и недостаточно используемый гидро- и ветропотенциал, что является необходимьш зАсловием для работы эффективных АСЭС.

Развитие АСЭС не только дополняет стащюнарщто электроэнергепжз/, основаннуто на использовании крупных электрических генераторов, но и во мнопгх сл>Ааях обеспечивает решение важных техшшеских проблем электроснабжения в труднодоступных районах, на транспортных установках, в авиа-щюнно-косшетеской, морской техшже, в сельском хозяйстве и в разнообразных бытовых устройствах. Разнообразие областей применения АСЭС с соответств>то11щми требованиями к прхшоду, качеству генерируемой электроэнергии, конструкциям и условиям эксплуатации обусловило необходимость использования различных Т1Ш0В привода и электрических машин (ЭМ) постоянного и переменного тока [4 - 12, 15, 16].

Развитие АСЭС неразрывно связано с совершенствованием характеристик электрических машин, улучшением массогабаритных и энергетршеских показателей, повышением их КПД, >Леличеш1ем надежности работы, расширением функциональных возможностей [8]. Одним из радикальных путей для решения перечисленных задач является разработка и внедрение электрических бесконтактных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов.

Электртеские генераторы с постоянными магшттами (ПМ) имеют ряд преимуществ, такие как простота конструкции, бесконтактность электромаг-шггной части, высокий КПД, надежное возбуждение, улучшенные выходные характеристики, малая инерционность при переходных процессах, высокая надежность и большой срок службы [8 - 15]. В определенном диапазоне частот тока и мощностей электрические генераторы с ПМ имеют лучшие массо-габаритные характеристики, чем генераторы с электромагнитным возбуждением.

Однако у них существуют и недостатки, такие, как сложность регулирования выходного напряжешга и его стабилизащм, относительно высокая стоимость генераторов. Высокая стоимость СГПМ главным образом обусловлена сложностью стабиаизации параметров генерируемой электроэнергш! и стоимостью магнитной системы из постоянных мшнитов (ПМ).

Для снижения стоимости генераторов и обеспечения их конкурептоспо-собности по сравнешш) с генераторами с электромагнитным возбуждением ведутся работы по следуюпщм направлениям:

1-дальнейшее совершенствование технологии производства Щл и поиск новых мапштных материалов для улучшения качества ПМ при снижении стоимости.

42- исследование и нахождение рационаньных и эффективных констр\тс-тивных решений СГПМ

В последние годы благодаря прогрессу в технологии магнитных материалов и промышленному освоению производства новых сплавов для ПМ значительно расширилась область их прюу1енеш1е [16-21]. Появление высококоэр-ттшиых ПМ, выполненных на основе соединений кобальта с редкоземельными материалами (РЗМ) типа ВтСоз, ЗтгСо]? открыло новый этап развития электромашин с ПМ. Разработка ПМ на основе сплава Мд-Ге-В с высокой мшиитной энергией позволяет создавать ЭМ, способные конкурировать по габаритным и энергетическим показателям с ЭМ с электромагнитным возбу-ждешкм в широком диапазоне мощностей и частот [22 - 25].

В настоящее время с помощью силовой электроники создаются эффек-тршные системы преобразования и стабилизации переменного напряжения [5-, 7, 26 - 29], найдены удачные решения регулированш и стабилизащш параметров генерируемой электроэнергии, позволяющие наиболее полно реализовать достоинства электромашин с ПМ. Однако сторгмость электромапган с ПМ остается относительно высокой, и это во многом сл\Ааях не обеспечивает их конкурентоспособности с электромашшаш! с электрическим возбз/ждешхем.

Во Вьетнаме среди нетрадиционных источников электроэнергии ветровая энергия широко использ\тот на островах, в прибережных районах, водные источники - в горных районах, где имеются многочисленные малые ручьи. Благодаря очевидным достоинствам ПМ нашли широкое применение в производстве гидро- и ветрогенераторов малых мощностей в автономных системах электроснабжения объектов или отдатенных районов. Для удовлетворения потребности в электроэнергии дорожной и речной сигнализащш, связи, метеостанций, бытовых нагрузок и т. д., было произведено значительное количество однофазных шестмолюсных гидрогенераторов напряжением 220 В, мощностью 250 - 500 Вт, а также трёхфазных 18-полюсных ветрогенераторов со встроенным выпрямителем, напряжение на выходе которых 22 В, мощность 150-250 Вт [30].

Исследованию электромашин с ПМ посвящено много работ российских и зарубежных ученых. Значительный вклад в теорию в практику электромашин с ПМ внесли фундаментальные исследования, проведенные в России А. И. Бертиновым [7, 11, 12], В. А. Бштагуровым [13 - 15, 22, 31, 32], Ф. Ф. Галтее-вым [14, 15, 33, 37], Л. М. Паласпшым [4], Д. А. Бутом [8, 26], А. Н. Дедовским [10, 34, 35] и др.

В последнее время были предложены, разработаны, теоретически исследованы и внедрены различные конструкция электромашин с ПМ [18, 22 -24, 36 - 39]. Существует много вариантов конструктивного исполнения таких генераторов. Итлучттт энергетическими характеристиками обладают конструкции с беззубцовым статором и двумя роторами, магнитные системы которых расположены встречно. Простота такой конструкции электромагнитной системы позволяег достаточно легко изолировать пластины магнитопровода статора друг от друга и тем самым минимизировать потери энергии на вихревые токи. Это означает, что при минимальных допущениях математические модели электромеханР1ческого преобразования энергии в таких машинах можно строить на основе анализа магнитостатического поля при разшиных утло-вых положениях двухроторной системы [40].

На кафедре «Электротехника и Электроэнергетика» ВлГУ был разработан и успешно испытан эффективный двухроторный синхронный генератор небольшой мощности с дешевыми магнитами из феррита стронция с высоким КПД [41].

Дальнейшее исследование, совершенствовашхе и нахождение наиболее рациональных и эффективных конструктшных решений - это радикальный путь для снижения стоимости и обеспечения конкурентоспособности электромашин с ПМ по сравнению с электромашинами с электромагнитным возбуждением.

Выводы.111

ЗаШ1ючение.113