Реферат 6
Нормативные ссылки 8
Определения, обозначения и сокращения 9
Введение 10
1 Обзор литературы по электрическим машинам с магнитным
редуктором 13
2 Расчетно-теоретическое исследование электрической машины с
интегрированным магнитным мультипликатором 20
2.1 Магнитный мультипликатор 20
2.2 Генератор с интегрированным магнитным мультипликатором 21
3 Параметрическая оптимизация магнитной системы электрогенератора с
интегрированным магнитным мультипликатором 27
3.1 Моделирование генератора с заданными техническими параметрами 27
3.2 Создание модели ветроагрегата 33
4 Создание Динамической модели системы ветроэнергетической
установки 35
4.1 Вычисление параметров модели для динамического расчёта 35
4.2 Создание динамической модели генераторной части ветроагрегата 37
5 Технико-экономическое обоснование проекта 46
Заключение 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) — это перспективное направление развития электроэнергетики. В связи с постоянным увеличением потребляемой мощности, увеличением уровня загрязнения окружающей среды и истощения ископаемых видов природных ресурсов существует насущная потребность увеличения скорости замены традиционных источников электроэнергии возобновляемыми в глобальном масштабе. Одним из направлений использования ВИЭ для производства электроэнергии является применение ветрогенераторов. Данное направление получило широкое применение в мире, а в последнее десятилетие и в России, особенно в регионах с высоким потенциалом ветровой энергии.
В традиционных ветроустановках для передачи вращающего момента используется механический редуктор. Это устройство преобразует низкую скорость вращения лопастей в высокую скорость вращения вала генератора. Механические редукторы обладают низкой надёжностью. Они состоят из вращающихся шестерней, весь крутящий момент между которыми передаётся через касание зубьев в одной точке, сопровождающееся трением. Эти механизмы необходимо периодически смазывать и ремонтировать, что негативно сказывается на эксплуатационных затратах. При снижении температуры жидкая смазка в механических редукторах густеет, а металл зубчатых колес становится более хрупким, что сильно ограничивает применение ветроагрегатов в условиях Арктики. Кроме того, изготовление зубчатых колёс на большие мощности дорого, а организация их производства в условиях отечественной промышленности затруднена.
В связи с этим возникает необходимость в создании новых российских ветроэнергетических установок и модернизации конструкций существующих ветроагрегатов, на что и направлена данная работа, в которой рассматривается возможность использования генератора с интегрированным магнитным мультипликатором в основе конструкции ветроэлектростанций.
Магнитные мультипликаторы более эффективны по сравнению с зубчатыми редукторами [1]. Они не содержат истирающихся деталей и имеют относительно высокую плотность момента около 200 кН-м/м3[2], что позволяет им конкурировать с механическими редукторами по массогабаритным показателям. Таким образом, использование генераторов с интегрированным магнитным мультипликатором позволит увеличить надёжность, срок службы, уменьшить затраты на обслуживание, а также улучшить массогабаритные показатели ветроагрегатов по сравнению с традиционными системами прямого привода. За счет отсутствия зубчатого редуктора, плохо переносящего низкие температуры, ветряные электростанции с использованием нового типа генератора смогут более эффективно работать в суровых условиях Арктики.
Апробация ВКР:
Доклады по теме ВКР проводились на 6 научно-технических конференциях: «ПНИ - Энергетика» I - III, «XXII международной конференции по постоянным магнитам», «V международная конференция «АРКТИКА-2020» и «XXVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» с публикацией тезисов докладов в сборники конференций:
1. Кузнецов Б.Ф. Ветроагрегат прямого привода с горизонтальной осью вращения [Текст] / Кузнецов Б.Ф., Молоканов О.Н., Курбатов П.А. // Энергетика. Технологии будущего. Сборник тезисов докладов / НИУ "МЭИ" - 2019. - С. 29
2. Кузнецов Б.Ф. Ветроагрегат прямого привода с горизонтальной осью вращения [Текст] / Кузнецов Б.Ф., Молоканов О.Н., Курбатов П.А. // Энергетика. Технологии будущего II. Сборник тезисов докладов / НИУ "МЭИ" - 2019. - С. 23
3. Кузнецов Б.Ф. Разработка магнитной системы электрогенератора с магнитным мультипликатором для ветряных электростанций [Текст] / Кузнецов Б.Ф., Молоканов О.Н. // Тезисы XXII международной конференции по постоянным магнитам - 2019. - С. 158
4. Кузнецов Б.Ф. Перспективы применения генераторов с интегрированным магнитным мультипликатором в ветроэнергетических установках в условиях экстремально низких температур [Текст] / Кузнецов Б.Ф., Молоканов О.Н. // V международная конференция «АРКТИКА-2020» - тезисы конференции - 2020. - С. 39
5. Кузнецов Б.Ф. Разработка электрогенератора с интегрированным магнитным мультипликатором для ветроагрегата прямого привода [Текст] / Кузнецов Б.Ф., Молоканов О.Н., Курбатов П.А. // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Двадцать шестая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (12-13 марта 2020 г., Москва): Тез. докл. / ООО «Центр полиграфических услуг „Радуга“», 2020.- С. 399
6. Кузнецов Б.Ф. Разработка электрогенератора с интегрированным магнитным мультипликатором для ветроагрегата прямого привода [Текст] / Кузнецов Б.Ф., Молоканов О.Н., Курбатов П.А. // Энергетика. Технологии будущего III. Сборник тезисов докладов / НИУ "МЭИ" - 2020. - С. 100
На трёх из шести перечисленных конференций доклады были оценены дипломами I и II степени.
Спроектированный электрогенератор более эффективный, чем традиционная система редуктор - генератор, что подтверждают следующие показатели: генератор с ИММ: М = 190,5 кН-м/м3 при габаритных размерах 1000x1000x1500 мм; стандартный генератор: М = 20 кН-м/м3 при габаритных размерах 700x700x1000 мм, что вынуждает использовать его с редуктором с габаритными размерами 1000x1100x1500 мм.
Габариты нового типа генератора позволяют устанавливать его в стандартную гондолу промышленно эксплуатируемого ветроагрегата с сохранением его мощности 500 кВт.
По результатам работы создана динамическая модель генератора в ПО «Mat Lab Simulink»,которую в дальнейшем можно использовать для интеграции в модель ветроагрегата.
Интеграция данного генератора в конструкцию ветроагрегата позволит значительно уменьшить его массо-габаритные показатели. По результатам ТЭО можно также утверждать, что это позволит удешевить эксплуатацию и упростить производство и обслуживание. По проведенным оценкам отсутствие редуктора позволит ветроагрегатам окупить разницу в стоимости за 4-5 лет, а в арктических условиях - за 1,5 года.
