Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 7
1.1 Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых
источников энергии 7
1.2 Выбор направления исследования. Направления развития
технических средств и систем в области исследования 13
2 ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ 16
2.1 Требования, предъявляемые к разрабатываемой системе 16
2.2 Разработка структурной схемы системы 17
2.3 Разработка математического описания системы. Расчет и выбор
компонентов системы 19
2.3.1 Электромагнитный расчет 19
2.3.2 Тепловой расчет 40
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 45
3.1 Разработка трехмерной модели 45
3.2 Общие сведения о Ansoft, Ansys Maxwell и его программных
модулях 45
3.3 Разработка модели в среде Ansys Maxwell 46
3.4 Результаты моделирования 49
3.5 Практические рекомендации по применению системы с
применением альтернативных источников электропитания 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 59
Уличное освещение представлено средствами искусственного увеличения оптической видимости на улице в тёмное время суток. Оно не только создает уютную атмосферу города, помогая подчеркнуть ландшафт, значимые эстетические и архитектурные особенности, но и прямым образом связано с безопасностью на дорогах, тротуарах и охраняемых объектах.
Недостатком существующего освещения являются значительные ресурсо- и энерго-затраты. Под ресурсами в данном случае понимаются провода, которые протянуты на сотни километров и влияют негативно на эстетику и затрудняющие процесс создания эргономичного и безопасного облика города. Энергозатраты связаны с потерями в проводах, зависящих от сопротивления материала проводов. Также с существенной сложностью является обслуживания таких проводных конструкций.
Современные технологии с помощью возобновляемых источников электроэнергии позволяют решить проблему энергозатрат, а также, исключая питающие провода, мы решаем эстетическую проблему, экономя на материалах проводов и затратах усилий в обслуживании конструкций.
На современном этапе технологии применения возобновляемых источников энергии имеют значительные темпы продвижения и в большей степени обусловлены заботой об экологической и энергетической безопасности, а также имеют значительную государственную поддержку. Тем не менее в Российской Федерации технологиям возобновляемых источников энергии не удается достичь значимого уровня внимания.
Целью данной работы является разработка полностью автономного уличного светильника, включающего в свой состав солнечную батарею, ветрогенератор, контроллер с аккумуляторной батареей.Принцип работы полностью автономного уличного светильника заключается в генерации электроэнергии с помощью солнечных модулей и ветрогенератора с дальнейшим накоплением энергии в аккумуляторных батареях.
По наступлению темного времени суток интеллектуальный контроллер с двумя таймерам управления светильником автоматически активирует систему освещения. Наличие ветрогенератора позволяет запитывать осветительную установку и производить заряд аккумуляторов в пасмурную погоду и в ночное время суток.
В случаях если аккумулятор полностью заряжен, а нагрузка отсутствует, контроллер подключает к электрогенератору балластное сопротивление. Это происходит потому что совсем без нагрузки ветрогенератор использовать нельзя, поскольку тогда скорость вращения ветрового колеса может стать недопустимой для работы и дальнейшего функционирования устройства, что в итоге приведет к разрушению самого устройства. Аккумулятор здесь выполняет роль буфера, сглаживающего колебания выходной мощности генератора. Преобразование постоянного напряжения 1В в переменное 220В осуществляется инвертором. Светодиодный светильник можно питать от 12В без инвертора, напрямую, что снижает стоимость устройства и упрощает его эксплуатацию.
Наличие ветрогенератора дает преимущество в выработке
электроэнергии и передаче её от генератора к фонарю, особенно при использовании в районах береговых линий и горной местности, где периоды полного штиля крайне редки.
Особый акцент в работе сделан на исследовании высокомоментного бесколлекторного двигателя с постоянными магнитами для работы ветрогенераторной установки.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы по заданным параметрам был разработан генератор бесколлекторного двигателя с постоянными магнитами для работы ветрогенераторной установки мощностью 300 Вт с системой управления для автономного источника питания.
В результате электромагнитного расчёта, была получена геометрия генератора.
Реализован тепловой расчёт.
Выполнены 2D и 3D модели генератора и получены графики, подтверждающие принцип работы машины.
Результаты моделирования в программе Maxwell подтвердили результаты электромагнитного расчёта, а также доказали возможность регулирования магнитного потока в необходимом диапазоне.
В ходе теплового расчёта в среде Maxwell выявлены неточности. Для улучшения ситуация предложены рекомендации: в частности, уменьшение габаритных размеров машины.
В графической части представлены: эскиз ротора; эскиз статора; схема обмотки; моделирование.
При разработке выпускной квалификационной работы были использованы следующие программные средства: Компас, AutoCad, MathCad, Microsoft Office, Maxwell.
