📄Работа №210029
Тема: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В СОСТАВЕ ВЕТРОУСТАНОВКИ
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Электротехника
Объем:
86 листов
Год:
2021
Просмотров:
43
5860
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР СИСТЕМ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ВЭУ 8
1.1 Обзор применяемых ветроколёс 9
1.2 Существующие конструкции генераторов для ветроэлектрических
установок 14
1.2.1 Генераторы постоянного тока 16
1.2.2 Синхронные генераторы 17
1.2.3 Асинхронные генераторы 17
1.3 Классификация ВЭУ по наличию редуктора 19
1.4 Сравнение технических решений для ВЭС разных производителей 21
1.4.1 Технические решения Siemens 21
1.4.2 Технические решения компании ABB 23
1.4.3 Результаты 24
1.5 Выводы по разделу 25
2 ПОТЕРИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ 26
2.1 Потери в редукторе 26
2.2 Потери в генераторах 28
2.2.1 Генератор постоянного тока 28
2.2.1.1 Выводы 34
2.2.2 Потери асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 34
2.2.2.1 Выводы 41
2.2.3 Потери в синхронном генераторе с постоянными магнитами 43
2.2.3.1 Выводы 52
2.2.4 Асинхронный генератор двойного питания 56
2.2.4.1 Выводы 62
2.3 Сравнительный анализ четырех систем на основе генератора постоянного тока, асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, синхронного генератора с постоянными магнитами и асинхронного
генератора двойного питания 65
2.3.1 Сравнение полученных характеристик 65
2.3.1. Обработка результатов с учетом теории вероятности 66
2.4 Выводы по главе 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР СИСТЕМ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ВЭУ 8
1.1 Обзор применяемых ветроколёс 9
1.2 Существующие конструкции генераторов для ветроэлектрических
установок 14
1.2.1 Генераторы постоянного тока 16
1.2.2 Синхронные генераторы 17
1.2.3 Асинхронные генераторы 17
1.3 Классификация ВЭУ по наличию редуктора 19
1.4 Сравнение технических решений для ВЭС разных производителей 21
1.4.1 Технические решения Siemens 21
1.4.2 Технические решения компании ABB 23
1.4.3 Результаты 24
1.5 Выводы по разделу 25
2 ПОТЕРИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ 26
2.1 Потери в редукторе 26
2.2 Потери в генераторах 28
2.2.1 Генератор постоянного тока 28
2.2.1.1 Выводы 34
2.2.2 Потери асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 34
2.2.2.1 Выводы 41
2.2.3 Потери в синхронном генераторе с постоянными магнитами 43
2.2.3.1 Выводы 52
2.2.4 Асинхронный генератор двойного питания 56
2.2.4.1 Выводы 62
2.3 Сравнительный анализ четырех систем на основе генератора постоянного тока, асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, синхронного генератора с постоянными магнитами и асинхронного
генератора двойного питания 65
2.3.1 Сравнение полученных характеристик 65
2.3.1. Обработка результатов с учетом теории вероятности 66
2.4 Выводы по главе 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
📖 Аннотация
В данной работе представлен сравнительный анализ электромеханических преобразователей, применяемых в составе ветроэнергетических установок (ВЭУ), с целью определения наиболее энергоэффективной и перспективной конфигурации. Актуальность исследования обусловлена глобальным трендом на декарбонизацию энергетики и необходимостью повышения технико-экономических показателей ветрогенераторов для их широкого внедрения. Основным результатом является вывод о том, что система на основе асинхронного генератора двойного питания (АГДП) в сочетании с быстроходным крыльчатым колесом, магнитными подшипниками и силовым преобразователем демонстрирует наименьшие суммарные потери (около 86,5 кВт при номинальном режиме) и обладает лучшими регулировочными способностями по сравнению с синхронным генератором с постоянными магнитами и асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором. Научная значимость заключается в систематизации и количественной оценке потерь в различных типах электромеханических преобразователей, а практическая — в формировании критериев для инженерного выбора при проектировании ВЭУ. В ходе исследования рассмотрены работы, посвященные историческому развитию ветроэнергетики (Е.М. Фатеев), конструктивным особенностям ветрогенераторов (К.С. Моренко), применению редукторов (Манакова Е.А.) и перспективам использования магнитных подшипников (Н.П. Трифонова).
📖 Введение
Начиная с Древнего мира люди искали путь преобразования энергии ветра в полезную энергию, направленную на совершение трудновыполнимой работы. Так, на территории Древней Персии использовались первые ветроустановки - ветряные мельницы, используемые для помола зерна. На примере ветряных мельниц были построены первые ветряные установки для преобразования энергии ветра в электричество.
Первая ветряная установка была построена в 1887 году шотландским профессором, инженером Джеймсом Блитом, так называемая «мельница» Блита. Она представляла собой десятиметровую ветряную мельницу, которая была установлена на участке его дачи и служила для зарядки аккумуляторов, от которых в свою очередь питался электроэнергией его дом.
Годом позже была создана первая автоматизированная ветроустановка американского инженера Чарльза Браша. Первая ветряная электростанция была построена в 1890 году на территории Дании.
Развитие ветроэнергетики происходило и в России, начиная с 1920-х годов. В 1931 году в Ялте была построена предшественница современных втероустановок с горизонтальной осью, которая имела мощность 100 кВт. В этом же году в Курске была построена электростанция советского изобретателя А.Г. Уфимцева. Станция была построена на основе двигателя постоянного тока.
С 1940-х по 1970-е года ветроэнергетика в СССР пришла в упадок, а интерес к ней возобновился толь после нефтяного кризиса 1973г.
На сегодняшний день ветроэнергетика продолжает интересовать ученых Европы, Азии, Америки. На территории России наблюдается развитие ветровой энергетики в приморских районах, в частности в Крыму: Донузславская ВЭС, Останинская ВЭС, Тарханкутская ВЭС, ВосточноКрымская ВЭС. Суммарно они могут производит до 59 МВт.
Ещё одним примером крупной ветряной элеткростанции может служить Зеленоградская ВЭУ, расположенная в Калининградской области, в районе посёлка Куликово, мощность которой 5,1 МВт. Также успешные примеры реализации электростанций есть на Чукотке, в республиках Башкортостан, Калмыкия, Коми.
В настоящий момент в мире происходит иррациональное потребление природных ресурсов. По предположительным прогнозам, запасов нефти хватит ещё на 35 лет, а природного газа на 50 лет [1-2]. На основании этого очень важно искать новые способы получения электроэнергии для преодоления потенциального энергетического кризиса. Именно поэтому возобновляемая энергетика требует дополнительного развития и внимания.
Ветроэнергетика представляет собой конкурентоспособную в этом отношении отрасль энергетики. К основным проблемам данной отрасли относят:
1) Энергоэффективность системы. В среднем КПД ВЭС составляет 40% от энергии ветра.
2) Наличие площади для построек ВЭС. Для ветряных ферм, способных обеспечивать город требуется большая площадь для постройки ВЭС.
3) Метеорологические условия. Обязательным условием для постройки ВЭС в отдельном регионе является постоянное наличие ветра. Поэтому перспективными в данном случае являются приморские регионы, горные районы и открытая местность.
Отсюда можно сформулировать цель данной работы - сравнительная оценка типов генераторов для производства электрической энергии на ВЭС с точки зрения выделяющихся потерь.
Задачи магистерской диссертации:
1) Определить основные требования, предъявляемые к работе электрогенераторов, используемых в ВЭС;
2) Определить наиболее энергоэффективную конструкцию ротора ВЭС;
3) Определить основные типы электрогенераторов, которые используются в ВЭС по данным ведущих мировых производителей;
4) Провести анализ потерь систем ВЭС с описанными генераторами.
Первая ветряная установка была построена в 1887 году шотландским профессором, инженером Джеймсом Блитом, так называемая «мельница» Блита. Она представляла собой десятиметровую ветряную мельницу, которая была установлена на участке его дачи и служила для зарядки аккумуляторов, от которых в свою очередь питался электроэнергией его дом.
Годом позже была создана первая автоматизированная ветроустановка американского инженера Чарльза Браша. Первая ветряная электростанция была построена в 1890 году на территории Дании.
Развитие ветроэнергетики происходило и в России, начиная с 1920-х годов. В 1931 году в Ялте была построена предшественница современных втероустановок с горизонтальной осью, которая имела мощность 100 кВт. В этом же году в Курске была построена электростанция советского изобретателя А.Г. Уфимцева. Станция была построена на основе двигателя постоянного тока.
С 1940-х по 1970-е года ветроэнергетика в СССР пришла в упадок, а интерес к ней возобновился толь после нефтяного кризиса 1973г.
На сегодняшний день ветроэнергетика продолжает интересовать ученых Европы, Азии, Америки. На территории России наблюдается развитие ветровой энергетики в приморских районах, в частности в Крыму: Донузславская ВЭС, Останинская ВЭС, Тарханкутская ВЭС, ВосточноКрымская ВЭС. Суммарно они могут производит до 59 МВт.
Ещё одним примером крупной ветряной элеткростанции может служить Зеленоградская ВЭУ, расположенная в Калининградской области, в районе посёлка Куликово, мощность которой 5,1 МВт. Также успешные примеры реализации электростанций есть на Чукотке, в республиках Башкортостан, Калмыкия, Коми.
В настоящий момент в мире происходит иррациональное потребление природных ресурсов. По предположительным прогнозам, запасов нефти хватит ещё на 35 лет, а природного газа на 50 лет [1-2]. На основании этого очень важно искать новые способы получения электроэнергии для преодоления потенциального энергетического кризиса. Именно поэтому возобновляемая энергетика требует дополнительного развития и внимания.
Ветроэнергетика представляет собой конкурентоспособную в этом отношении отрасль энергетики. К основным проблемам данной отрасли относят:
1) Энергоэффективность системы. В среднем КПД ВЭС составляет 40% от энергии ветра.
2) Наличие площади для построек ВЭС. Для ветряных ферм, способных обеспечивать город требуется большая площадь для постройки ВЭС.
3) Метеорологические условия. Обязательным условием для постройки ВЭС в отдельном регионе является постоянное наличие ветра. Поэтому перспективными в данном случае являются приморские регионы, горные районы и открытая местность.
Отсюда можно сформулировать цель данной работы - сравнительная оценка типов генераторов для производства электрической энергии на ВЭС с точки зрения выделяющихся потерь.
Задачи магистерской диссертации:
1) Определить основные требования, предъявляемые к работе электрогенераторов, используемых в ВЭС;
2) Определить наиболее энергоэффективную конструкцию ротора ВЭС;
3) Определить основные типы электрогенераторов, которые используются в ВЭС по данным ведущих мировых производителей;
4) Провести анализ потерь систем ВЭС с описанными генераторами.
✅ Заключение
В заключении можно отметить, что оценка энергоэффективности систем ВЭС во многом зависит от метеорологических условий, то есть от ветра. Но если сравнивать рассмотренные варианты, то асинхронный генератор двойного питания обладает наименьшими потерями при одинаковой номинальной мощности генераторов и номинальной скорости ветра.
Таблица 2.5 - Сравнение основных потерь генераторов при номинальной скорости ветра
Вид потерь АГ с КЗ СГ с ПМ АГДП
Механические ~2000 Вт ~ 200 Вт ~2500 Вт
Потери в меди ~ 80 кВт ~ 50 кВт ~ 22,5 кВт
Потери в стали ~ 40 кВт ~ 150 кВт ~ 29 кВт
Добавочные потери ~ 45 кВт ~ 50 кВт ~ 32,5 кВт
Суммарные потери ~ 167 кВт ~ 250 кВт ~ 86,5 кВт
Не менее важным моментом при выборе генератора является и тот факт, что генератор может иметь несколько скоростей. Таким критерием обладают в данном случае две системы - СГ с ПМ и АГДП. Таким образом расширяется диапазон возможных скоростей, и, следовательно, улучшаются регулировочные способности системы в целом.
Также важно отметить, что если от редуктора можно избавиться, заменив его на магнитные подшипники, что улучшит КПД системы, то отсутствие преобразователя ухудшит качество электроэнергии, выдаваемой в сеть. Этот показатель является ключевым.
Отсюда можно сделать общий вывод о том, что наиболее энергоэффективным и перспективным генератором является асинхронный генератор двойного питания, конструкция колеса - быстроходное крыльчатое колесо, с магнитными подшипниками и преобразователями.
Таблица 2.5 - Сравнение основных потерь генераторов при номинальной скорости ветра
Вид потерь АГ с КЗ СГ с ПМ АГДП
Механические ~2000 Вт ~ 200 Вт ~2500 Вт
Потери в меди ~ 80 кВт ~ 50 кВт ~ 22,5 кВт
Потери в стали ~ 40 кВт ~ 150 кВт ~ 29 кВт
Добавочные потери ~ 45 кВт ~ 50 кВт ~ 32,5 кВт
Суммарные потери ~ 167 кВт ~ 250 кВт ~ 86,5 кВт
Не менее важным моментом при выборе генератора является и тот факт, что генератор может иметь несколько скоростей. Таким критерием обладают в данном случае две системы - СГ с ПМ и АГДП. Таким образом расширяется диапазон возможных скоростей, и, следовательно, улучшаются регулировочные способности системы в целом.
Также важно отметить, что если от редуктора можно избавиться, заменив его на магнитные подшипники, что улучшит КПД системы, то отсутствие преобразователя ухудшит качество электроэнергии, выдаваемой в сеть. Этот показатель является ключевым.
Отсюда можно сделать общий вывод о том, что наиболее энергоэффективным и перспективным генератором является асинхронный генератор двойного питания, конструкция колеса - быстроходное крыльчатое колесо, с магнитными подшипниками и преобразователями.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.