Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок

В роботі запропонована нова конструкція індукторної електричної машини, яка в технічній літературі називається – машинно-трансформаторним агрегатом (МТА). Для такого агрегату отримано співвідношення для визначення розрахункової потужності. На конкретному прикладі показано, що при однакових габарита...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Панченко, В.І., Ципленков, Д.В., Гребенюк, А.М., Кириченко, М.С., Бобров, О.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2016
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147036
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок / В.І. Панченко, Д.В. Ципленков, А.М. Гребенюк, М.С. Кириченко, О.В. Бобров // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 1. — С. 33-37. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-147036
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1470362019-02-14T01:25:32Z Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок Панченко, В.І. Ципленков, Д.В. Гребенюк, А.М. Кириченко, М.С. Бобров, О.В. Електричні машини та апарати В роботі запропонована нова конструкція індукторної електричної машини, яка в технічній літературі називається – машинно-трансформаторним агрегатом (МТА). Для такого агрегату отримано співвідношення для визначення розрахункової потужності. На конкретному прикладі показано, що при однакових габаритах розрахункова потужність МТА може перевищувати таку для звичайних синхронних машин. Конструкція МТА дозволяє розмістити котушки обмотки статора на деякій відстані від рухомих елементів машини, а саме, у закритій ємності, заповненій електроізоляційною рідиною. Це дасть змогу збільшити потужність за рахунок більш ефективного охолодження обмотки, а також підвищити вихідну напругу МТА як генератора до рівня 35 кВ і більше. В работе предложена новая конструкция индукторной электрической машины, которая в технической литературе называется – машинно-трансформаторный агрегат (МТА). Для такого агрегата получено соотношение для определения расчетной мощности. На конкретном примере показано, что при одинаковых габаритах расчетная мощность МТА может превышать таковую для обычных синхронных машин. Конструкция МТА позволяет разместить катушки обмотки статора на некотором расстоянии от подвижных элементов машины, а именно, в закрытой емкости, заполненной электроизоляционной жидкостью. Это позволит увеличить мощность за счет более эффективного охлаждения обмотки, а также повысить выходное напряжение МТА как генератора до уровня 35 кВ и более. Background. Electric generators of wind turbines must meet the following requirements: they must be multi-pole; to have a minimum size and weight; to be non-contact, but controlled; to ensure the maximum possible output voltage when working on the power supply system. Multipole and contactless are relatively simply realized in the synchronous generator with permanent magnet excitation and synchronous inductor generator with electromagnetic excitation; moreover the first one has a disadvantage that there is no possibility to control the output voltage, and the second one has a low magnetic leakage coefficient with the appropriate consequences. Purpose. To compare machine dimensions and weight of the transformer unit with induction generators and is an opportunity to prove their application for systems with low RMS-growth rotation. Methodology. A new design of the electric inductor machine called in technical literature as machine-transformer unit (MTU) is presented. A ratio for estimated capacity determination of such units is obtained. Results. In a specific example it is shown that estimated power of MTU may exceed the same one for traditional synchronous machines at the same dimensions. The MTU design allows placement of stator coil at some distance from the rotating parts of the machine, namely, in a closed container filled with insulating liquid. This will increase capacity by means of more efficient cooling of coil, as well as to increase the output voltage of the MTU as a generator to a level of 35 kV or more. The recommendations on the certain parameters selection of the MTU stator winding are presented. The formulas for copper cost calculating on the MTU field winding and synchronous salient-pole generator are developed. In a specific example it is shown that such costs in synchronous generator exceed 2.5 times the similar ones in the MTU 2016 Article Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок / В.І. Панченко, Д.В. Ципленков, А.М. Гребенюк, М.С. Кириченко, О.В. Бобров // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 1. — С. 33-37. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2016.1.06 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147036 620.92+621.311+621.548 uk Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Панченко, В.І. Ципленков, Д.В. Гребенюк, А.М. Кириченко, М.С. Бобров, О.В. Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок Електротехніка і електромеханіка
description	В роботі запропонована нова конструкція індукторної електричної машини, яка в технічній літературі називається – машинно-трансформаторним агрегатом (МТА). Для такого агрегату отримано співвідношення для визначення розрахункової потужності. На конкретному прикладі показано, що при однакових габаритах розрахункова потужність МТА може перевищувати таку для звичайних синхронних машин. Конструкція МТА дозволяє розмістити котушки обмотки статора на деякій відстані від рухомих елементів машини, а саме, у закритій ємності, заповненій електроізоляційною рідиною. Це дасть змогу збільшити потужність за рахунок більш ефективного охолодження обмотки, а також підвищити вихідну напругу МТА як генератора до рівня 35 кВ і більше.
format	Article
author	Панченко, В.І. Ципленков, Д.В. Гребенюк, А.М. Кириченко, М.С. Бобров, О.В.
author_facet	Панченко, В.І. Ципленков, Д.В. Гребенюк, А.М. Кириченко, М.С. Бобров, О.В.
author_sort	Панченко, В.І.
title	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок
title_short	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок
title_full	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок
title_fullStr	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок
title_full_unstemmed	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок
title_sort	машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147036
citation_txt	Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок / В.І. Панченко, Д.В. Ципленков, А.М. Гребенюк, М.С. Кириченко, О.В. Бобров // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 1. — С. 33-37. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT pančenkoví mašinnotransformatornijagregatdlâvítroenergetičnihustanovok AT ciplenkovdv mašinnotransformatornijagregatdlâvítroenergetičnihustanovok AT grebenûkam mašinnotransformatornijagregatdlâvítroenergetičnihustanovok AT kiričenkoms mašinnotransformatornijagregatdlâvítroenergetičnihustanovok AT bobrovov mašinnotransformatornijagregatdlâvítroenergetičnihustanovok
first_indexed	2025-07-11T01:13:02Z
last_indexed	2025-07-11T01:13:02Z
_version_	1837311079788576768
fulltext	ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №1 33 © В.І. Панченко, Д.В. Ципленков, А.М. Гребенюк, М.С. Кириченко, О.В. Бобров УДК 620.92+621.311+621.548 doi: 10.20998/2074-272X.2016.1.06 В.І. Панченко, Д.В. Ципленков, А.М. Гребенюк, М.С. Кириченко, О.В. Бобров МАШИННО-ТРАНСФОРМАТОРНИЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК В роботі запропонована нова конструкція індукторної електричної машини, яка в технічній літературі називається – машинно-трансформаторним агрегатом (МТА). Для такого агрегату отримано співвідношення для визначення роз- рахункової потужності. На конкретному прикладі показано, що при однакових габаритах розрахункова потужність МТА може перевищувати таку для звичайних синхронних машин. Конструкція МТА дозволяє розмістити котушки обмотки статора на деякій відстані від рухомих елементів машини, а саме, у закритій ємності, заповненій електро- ізоляційною рідиною. Це дасть змогу збільшити потужність за рахунок більш ефективного охолодження обмотки, а також підвищити вихідну напругу МТА як генератора до рівня 35 кВ і більше. Бібл. 3, рис. 2. Ключові слова: вітроенергетика, вітроенергетичні установки, індукторна електрична машина, машинно- трансформаторний агрегат, полюс, обмотка статора, генератор. В работе предложена новая конструкция индукторной электрической машины, которая в технической литературе называется – машинно-трансформаторный агрегат (МТА). Для такого агрегата получено соотношение для определе- ния расчетной мощности. На конкретном примере показано, что при одинаковых габаритах расчетная мощность МТА может превышать таковую для обычных синхронных машин. Конструкция МТА позволяет разместить катушки об- мотки статора на некотором расстоянии от подвижных элементов машины, а именно, в закрытой емкости, запол- ненной электроизоляционной жидкостью. Это позволит увеличить мощность за счет более эффективного охлаждения обмотки, а также повысить выходное напряжение МТА как генератора до уровня 35 кВ и более. Библ. 3, рис. 2. Ключевые слова: ветроэнергетика, ветроэнергетические установки, индукторная электрическая машина, машинно- трансформаторный агрегат, полюс, обмотка статора, генератор. Вступ. До електричних генераторів вітроустано- вок пред'являються наступні вимоги: вони мають бути багатополюсними, мати мінімальні габарити та масу, бути безконтактними але керованими, при роботі на систему електропостачання забезпечувати максима- льно можливу вихідну напругу. Постановка завдання. Багатополюсність та без- контактність порівняно просто реалізуються у син- хронних генераторах зі збудженням від постійних магнітів та в синхронних індукторних генераторах з електромагнітним збудженням, причому в перших, як недолік – відсутня можливість керувати вихідною напругою, у других – малий (до 0,4) коефіцієнт вико- ристання магнітного потоку збудження. Стан питання. В роботі [1] запропоновано нову конструкцію електричної машини – машинно- трансформаторний агрегат, який є безконтактним, має електромагнітне збудження по типу індукторного гене- ратора і більший відносно до останнього коефіцієнт використання магнітного потоку. Але конструкція тако- го агрегату, особливо у трифазному виконанні, досить складна і, крім того, вимагає значних витрат міді для обмотки статора. В роботі [2] представлено удоскона- лену конструкцію машинно-трансформаторного агрега- ту з вертикальним валом у трифазному виконанні. Матеріали дослідження. Машинно-трансфор- маторний агрегат, що розглядається, складається з двох частин – машинної (рис. 1,а зверху) та трансфо- рматорної (рис. 1,а внизу), які мають загальний зов- нішній магнітопровід (статор) у вигляді поздовжніх пакетів 1 з ізольованих пластин електротехнічної ста- лі. На валу 2 машинної частини закріплено втулку ротора 3, на зовнішній поверхні якої розміщено зу- бчасті радіальні пакети 4 і 5, зроблені також з ізольо- ваних пластин електротехнічної сталі і взаємно зсуну- ті в осьовому напрямку. Зубці в цих пакетах орієнто- вані в бік проміжку між ротором і поздовжніми паке- тами статора та взаємно зміщені в тангенціальному напрямку на геометричний кут π/z2, де z2 – число зу- бців в одному пакеті ротора. У проміжку між зубчас- тими пакетами розміщено кільцеву обмотку збуджен- ня 6, прикріплену по її зовнішній поверхні до поздов- жніх пакетів статора. Обмотку поділено на дві секції, розташовані поруч. Кожна з них навита з провідної стрічки у взаємно протилежних напрямках, а секції сполучені між собою в кінці навивки зі сторони рото- ра. Поздовжні пакети 1 по довжині машинної частини агрегату зафіксовано шляхом заливу проміжків між ними немагнітним сплавом, який також утворює кор- пус 7 цієї частини. У радіальному напряму пакети 1 опираються на циліндричні боковини 8 і 9, в яких зроблено отвори для їх проходу. У боковинах закріп- лено підшипники 10 і 11, які посаджені на вал 2. Зовні підшипники закрито кришками. Ширину (по колу) кожного з пакетів 1 зроблено меншою ширини відповідного паза ротора у його зов- нішній (по радіусу) частині. На пакетах трансформа- торної частини, в крайніх по довжині областях закрі- плені котушки робочої обмотки, з’єднані між собою за відповідними схемами – «трикутником» або «зір- кою». Нижні торці пакетів притиснені до кільцевого ярма 13, навитого із ізольованої феромагнітної стріч- ки. Пакети 1 трансформаторної частини, котушки 12 та ярмо 13 розміщені у закритій ємності 14, яку запо- внено електроізоляційною рідиною. На зовнішній поверхні ємності закріплено охолоджуючі пристрої 15, сполученні з її внутрішнім об’ємом трубами 16. При живленні обмотки збудження 6 постійним струмом у магнітній системі агрегату виникає магні- тний потік, який виходить, наприклад, із зубців па- кету 4 ротора і входить у ті поздовжні пакети стато- ра, площа «перекриття» яких і зубців ротора макси- 34 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №1 мальна (на рис. 1 напрям магнітного потоку збу- дження показано стрілками). Далі магнітний потік із пакетів 1 входить у кільцеве ярмо 13 і звідти – в інші пакети статора 1, а саме в ті, площа «перекриття» яких і зубців ротора пакету 5 максимальна. Далі, із відповідних пакетів статора 1 магнітний потік вхо- дить у зубці ротора пакету 5 і по втулці 3 знову в пакет 4 ротора. а б в г Рис. 1. Конструкція машинно-трансформаторного агрегату (а – поздовжній осьовий переріз; б, в, г – поперечні перерізи у різних місцях по висоті) При обертанні ротора, наприклад, вітродвигуном зубці його пакетів безперервно змінюють своє поло- ження відносно поздовжніх пакетів статора, що при- водить до зміни розміру і напряму магнітних потоків в останніх. Вказані потоки пронизують котушки 12 робочої обмотки, що викликає появу в ній електро- рушійної сили (ЕРС) з частотою f = z2n/60, де n – час- тота обертання ротора, об/хв. Розрахункова потужність машино- трансформаторного агрегату (МТА): 11 ' ImEР  , (1) де m – число фаз обмотки статора; E1 – електрорушій- на сила (ЕРС) фази; I1 – струм фази. На кожному поздовжньому пакеті магнітопрово- ду статора розміщена котушка однієї з фаз. Кількість таких котушок на фазу складе zф=z1/m, відповідно, ЕРС фази E1 = zфEкKp = zфEкKp/m, де z1 – загальна кількість пакетів; Eк – ЕРС однієї ко- тушки; Kp – коефіцієнт розподілення, що враховує взаємний фазовий зсув векторів ЕРС котушок фази. На рис. 2 умовно показано взаємне положення пакетів статора і зубців ротора в деякий початковий момент часу та після зміщення ротора на полюсну поділку τ = 0,5t2, де t2 – зубцева поділка ротора. Магнітний потік, який пронизує витки котушки, Φк = Φз – Φп, де Φз – потік, що входить в пакет стато- ра із зубця ротора; Φп – потік, який із пакета статора входить у паз сусіднього пакета ротора. Середнє значення ЕРС котушки  пзк к ккк 4 2 2 ср ФФfw T Ф w t Ф wЕ     , (2) де wк – кількість витків котушки; ΔΦ = 2Φк – зміна ма- гнітного потоку через котушку за час Δt = 0,5T, відпо- відного зміщенню ротора на відстань τ відносно почат- кового положення. T = 1/f – період ЕРС; f – її частота. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №1 35 а б Рис. 2. Схеми взаємного розташування пакетів статора і зубців ротора у різні моменти часу Значення магнітних потоків: 1 з0 з    SF Ф ; 2 п0 п    SF Ф , де μ0 – магнітна стала; Fδ – магніторушійна сила (МРС) обмотки збудження на один повітряний про- міжок; δ1, δ2 – повітряні проміжки між пакетом стато- ра і зубцем ротора та, відповідно, між пакетом статора і пазом ротора; Sз, Sп – площі магнітних потоків між пакетом і зубцем та між пакетом і пазом, причому, Sз=bz1lп; Sп=b'пlп, де bz1 – ширина пакета; lп – осьова довжина (товщина) зубця ротора; b'п – розрахункова ширина паза ротора. Після підстановок наведених формул у вираз (2) маємо:             1 1 2 п1 пк 14 z zк b b blfBwЕ ср , (3) де Bδ – магнітна індукція у повітряному проміжку між пакетом статора і зубцем ротора (максимальне зна- чення). Запишемо: bz1=αpτ, де αp – коефіцієнт полюсної дуги. В результаті відповідних розрахунків одержано відношення (b'п/bz1)=1,2. Машина, що аналізується, з боку ротора є двопакетною; зона дії магнітного пото- ку збудження в осьовому напряму – це активна дов- жина магнітопроводу, тобто lδ = 2lп. Запишемо вираз у дужках формули (3) таким чином: п 2 1п 2 1 2,1 11 1 K b b z                      , де Kп – коефіцієнт, що враховує магнітний потік роз- сіювання. З урахуванням наведеного запишемо вираз для діючого значення ЕРС котушки  lfBwKKЕKE р кпфкфк 2 ср , (4) де Kф – коефіцієнт форми магнітного потоку збудження. Котушки обмотки статора за конструкцією поді- бні таким же на стрижнях силових трансформаторів. Як і для трансформаторів запишемо співвідношення для лінійного навантаження: A = I1wк/lк, де lк – осьова довжина котушки. Звідки фазний струм к к 1 w Al I  . (5) Підставимо співвідношення (3), (4), (5) у форму- лу (1) з урахуванням того що: f = pn/60 і τ = πD/(2p), де p – число пар полюсів машини, яке дорівнює кіль- кості зубців ротора z2 в одному пакеті; D – діаметр розточки, на якому розміщенні пакети статора; n – частота обертання ротора, об/хв. Одержимо: nzllADВKKK D P p 1к 2 пpф ' 60    . (6) Розглянемо більш детально вираз для лінійного навантаження змк к змкк к кпp к к1 Khj l Klhj l wSj l wI A a aa  , де hк – товщина котушки; Kзм – коефіцієнт заповнення поздовжнього перерізу котушки міддю; ja – густина струму в котушці. Проміжок по колу між пакетами статора на діа- метрі D позначимо через bп1, причому bп1 = t1– bz1, де t1 – зубцева поділка статора. Бажано забезпечити bп1 = 0,5t1. Тоді, товщина котушки hк ≈ 0,45bп1 ≈ 0,23t1. Значення наступного добутку у формулі (6) буде таким: змк 1к 72,0 Klj D zAl a . Після підстановки останнього співвідношення у (6) одержимо: nllDjBKKKKP ap к 2 змрпф 2108,3    . (7) Стосовно коефіцієнта αp = bz1/τ:  ширина пакета статора bz1 = t1 – bп1 = 0,5t1;  полюсна поділка τ = πD/(2z2). Тому 1 2 2 1 z z t t z z p  . Для виконання машини трифазною треба забез- печити: Kzz  21 2 , де K = 1, 2, 3 …, тоді 36 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №1 5.0 2 1 2 2 2 2      z KKz z p . Формула для розрахункової потужності класич- них синхронних машин з електромагнітним збуджен- ням має вид [3]. nlDABKKP cic с  2 обф164,0 . (8) Відношення розрахункових потужностей при однакових габаритних розмірах ABK ljBKKK P P ci kap c        об змпр23,0 . (9) Виконаємо за останньою формулою розрахунки (генератори в діапазоні потужностей до 1000 кВА). Приймемо: αp=0,45; Kp=0,95; Kзм=0,58; Bδ=1,5 Тл; ja = 4·106 А/м2; αi=0,85; Kоб=0,92; Bδс=0,9 Тл; Ac=4·104 А/м. В результаті розрахунків одержимо: kk c ll P P 2,11 1049,092,085,0 1045,158,095,045,023,0 4 6       . При lk = 0,1 м маємо P' = 1,12P'c, тобто розрахун- кова потужність МТА може перевищувати таку для звичайного синхронного генератора. Вибором зна- чення lk можна змінювати розмір потужності в межах допустимого теплового навантаження обмотки стато- ра. Слід зазначити, що індукція Bδ у повітряному проміжку МТА обмежується тільки магнітним наси- ченням електротехнічної сталі пакетів статора, тобто Bδ ≤1,8 Тл, що значно вище у порівнянні з класични- ми генераторами. Просторове розподілення машинної і трансфор- маторної частин в МТА дозволить розмістити котуш- ки обмотки статора на деякому віддаленні від рухо- мих елементів, наприклад, у закритій ємності, запов- неній електроізоляційною рідиною. При цьому забез- печується більш ефективне охолодження обмотки статора в робочому режимі, що дає змогу збільшити густину струму в обмотці і, відповідно, потужність МТА у порівнянні з випадком повітряного охоло- дження. З іншого боку, розміщення обмотки в елект- роізоляційній рідині дозволить збільшити вихідну напругу МТА в режимі генератора до рівня 35 кВ і вище і відмовитись при цьому від використання сило- вого трансформатора, що підвищує напругу перед подачею електроенергії у високовольтну мережу. Обмотка статора МТА складається з окремих ко- тушок, закріплених на поздовжніх пакетах. Котушки є зосередженими, що забезпечить мінімальну довжину лобових частин. У звичайних синхронних генераторах кількість зубців статора вибирають згідно формули: z1=2pmq, де q≥2. Для малообертових генераторів, на- приклад, коли n = 150 об/хв, f = 50 Гц, q = 2, треба забезпечити p = 20 і z1 = 2·20·3·2=240. При цьому ускладнюється виконання статора і вимушено збіль- шуються габарити генератора. Розглянемо можли- вість реалізувати трифазну машину (МТА), коли z1=2z2+K. Магнітне поле збудження забезпечує у пові- тряному проміжку кожного з пакетів ротора кількість пар полюсів p = z2. Взаємний кут зсуву γ (в електрич- них градусах) двох котушок, розташованих на сусід- ніх пакетах статора у цьому магнітному полі, складе:   11 1 1 2 22 z K z Kz z p       . Сусідні пакети відносяться до однієї з фаз, а ко- тушки цих пакетів з’єднуються між собою послідовно зустрічно, то електричний кут між векторами ЕРС котушок буде таким 1z K c   . Кількість пакетів статора у трифазній електрич- ній машині z1 = am, де a = 2, 3, 4 … – кількість пакетів на фазу. У формулі z1 = 2z2 + K число K позначає кіль- кість віток обмотки однієї фази, з’єднаних між собою послідовно або паралельно. Кількість котушок в одній вітці обмотки буде такою: K a Km z a г . Електричний кут, який займають по розточці ко- тушки однієї вітки, град.ел.60 1 1 гг        mz K mK z a c Остання формула підтверджує можливість ство- рення симетричної трифазної обмотки з 60-ти градус- ною фазною зоною. Із попередніх міркувань слідує, що числа aг і K повинні бути цілими. Зв’язок між ни- ми описує співвідношення:   m Kz mK z a 1/2 21 г     . (10) Значення K бажано мати мінімальним. Послідов- но збільшуючи значення K, починаючи з одиниці, знаходимо із формули (10) відповідну величину aг у вигляді першого цілого числа. Наприклад, коли n = 150 об/хв, f = 50 Гц, z2 = 20, m = 3, то тільки при K = 2 отримаємо aг =7. Тоді: z1 = 2·20 + 2 = 42, a = z1/m = = 42/3 = 14. Як було зазначено раніше, збудження у МТА за- безпечує одна нерухома кільцева обмотка. Визначимо витрати міді для створення такої обмотки. Для магні- тного кола, по якому проходить потік збудження, справедливе рівняння: зззF FwIКH  2 , де Hδ – напруженість магнітного поля у повітряному проміжку розміром δ1 між пакетом статора і зубцем ротора; KF > 1 – коефіцієнт, що враховує феромагнітні ділянки кола; Iз і wз – струм і кількість витків обмотки збудження; Fз – магніторушійна сила (МРС) обмотки. Врахуємо наступне: Hδ = Bδ/μ0; Iзwз = jзSпрwз = = Sмзwз, де jз – густина струму в обмотці; Sпр – площа попереднього перерізу провідника; Sмз = Sпрwз – площа поперечного перерізу міді обмотки, причому з0з з мз 2 j KB j F S F     . Враховуючи, що середня довжина витка lср = π(D–h0), де h0 – радіальна товщина обмотки, об’єм міді обмотки збудження буде таким:                    D h j KBV D h j KBD lSV FF 0 з0 0 з0 срмзм 1 2 1 2 , де Vδ = πDδ – об’єм повітряного проміжку між паке- тами статора та зубцями ротора. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №1 37 Для порівняння визначимо витрати міді на обмо- тку збудження синхронного явнополюсного генерато- ра. Запишемо рівняння магнітної рівноваги для магні- тного кола, який проходить через два сусідні полюси, ккк 222 FwIKKH Fc   , де Kδ – коефіцієнт, що враховує зубчастість статора; Iк і wк – струм та кількість витків котушки полюса; Fк = Iкwк – МРС котушки. Площа поперечного перерізу міді котушки к0к к кпрмк j KKB j F wSS Fc     , де jк – густина струму в котушці. Об’єм міді котушки кcpмкмк lSV  , де lср.к – середня довжина витка. Вона складає прибли- зно lср.к = 2,5(lδ+bп); lδ – довжина магнітопроводу ста- тора; bп – ширина осердя полюса. Звичайно bп ≈0,35τ. Запишемо:                 pDpD lDll 55,05,255,05,235,05,2 кcp , де λ = lδ/D. Тоді          pj KKBV V Fc 55,08,0 к0 мк . Загальний об’єм міді обмотки збудження, яка складається із 2p котушок, враховуючи рекомендацію до вибору λ= 0,8/p½, буде таким  145,1 9,0 2 0 мкмс     р j KKBV pVV к Fc . Відношення об’ємів міді обмоток збудження при однакових об’ємах повітряного проміжку, густині струму в обмотках і насиченню магнітопроводів:    DhB рKB V V 0м мс 1 145,145,0 c      . Так, для p = z2 = 20; Bδ = 1,5 Тл; Bδc = 0.9 Тл; Kδ = 1,2; hk/D = 0,05, отримаємо: Vм/Vмс=2,5. Висновки. 1. Синхронна електрична машина у виді машино- трансформаторного агрегату завдяки явнополюсній конструкції і значній магнітній індукції у повітряному проміжку дозволить збільшити розрахункову потуж- ність та зменшити витрати міді на обмотку збудження порівняно з класичною синхронною машиною з елек- тромагнітним збудженням. 2. Розміщення трансформаторної частини агрегату у закритій ємності, заповненій електроізоляційною ріди- ною, дозволить збільшити вихідну напругу в режимі роботи генератором, а також потужність агрегату. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Патент РФ № 2096893. Машинно-трансформаторный агрегат / Свечарник Д.В. – Открытия. Изобретения, 1997, №32. 2. Патент України № 103685. Машинно-трансформаторний агрегат / Панченко В.І. – Промислова власність, 2013. – Бюл. №21. 3. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектиро- вание электрических машин. – М.: Высш.шк., 1984. – 431 с. REFERENCES 1. Svecharnyk D.V. Mashinno-transformatornyi agregat [Ma- chine-transformer unit]. Patent Russian Federation, no.2096893, 1997. (Rus). 2. Panchenko V.I. Mashynno-transformatornyi ahrehat [Ma- chine-transformer unit]. Patent UA, no.103685, 2013. (Ukr). 3. Goldberg A.D., Gurin Y.S., Sviridenko Y.S. Proektirovanie elektricheskikh mashin [Designing of electric machines]. Mos- cow, Vyssh. shk. Publ., 1984. 431 p. (Rus). Надійшла (received) 27.11.2015 Панченко Віктор Іванович1, Ципленков Дмитро Володимирович1, к.т.н., доц., Гребенюк Андрій Миколайович1, к.т.н., доц., Кириченко Марина Сергіївна1, асистент, Бобров Олексій Володимирович1, к.т.н., 1 Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет», 49005, Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19, тел/phone +38 056 3730743, +38 066 7746309, e-mail: nmu.em@ua.fm V.I. Panchenko1, D.V. Tsyplenkov1, A.M. Grebeniuk1, M.S. Kyrychenko1, O.V. Bobrov1 1 State Higher Education Institution «National Mining University», 19, K. Marksa Avenue, Dnipropetrovsk, 49005, Ukraine. Machine-transformer units for wind turbines. Background. Electric generators of wind turbines must meet the following requirements: they must be multi-pole; to have a mini- mum size and weight; to be non-contact, but controlled; to en- sure the maximum possible output voltage when working on the power supply system. Multipole and contactless are relatively simply realized in the synchronous generator with permanent magnet excitation and synchronous inductor generator with electromagnetic excitation; moreover the first one has a disad- vantage that there is no possibility to control the output voltage, and the second one has a low magnetic leakage coefficient with the appropriate consequences. Purpose. To compare machine dimensions and weight of the transformer unit with induction generators and is an opportunity to prove their application for systems with low RMS-growth rotation. Methodology. A new design of the electric inductor machine called in technical lit- erature as machine-transformer unit (MTU) is presented. A ratio for estimated capacity determination of such units is ob- tained. Results. In a specific example it is shown that estimated power of MTU may exceed the same one for traditional syn- chronous machines at the same dimensions. The MTU design allows placement of stator coil at some distance from the rotat- ing parts of the machine, namely, in a closed container filled with insulating liquid. This will increase capacity by means of more efficient cooling of coil, as well as to increase the output voltage of the MTU as a generator to a level of 35 kV or more. The recommendations on the certain parameters selection of the MTU stator winding are presented. The formulas for copper cost calculating on the MTU field winding and synchronous salient-pole generator are developed. In a specific example it is shown that such costs in synchronous generator exceed 2.5 times the similar ones in the MTU. References 3, figures 2. Key words: wind power, wind turbines, electric machine inductor, transformer-machine unit, pole stator winding, generator.

Машинно-трансформаторний агрегат для вітроенергетичних установок

Репозитарії

Схожі ресурси