Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состоянне развития мировон энергетики
1.1. Источники энергии 10
1.1.1. Классификация источников энергии, ресурсы 10
1.2. Возобновляемые источники энергии 15
1.2.1 Ветровая энергия 16
1.2.2. Солнечная энергия 16
1.2.3. Гидравлическая энергия 22
1.2.4. Геотермальная энергетика 22
1.2.5. Гидротермальная энергия 25
1.2.6. Приливная энергия 25
.1.2.7. Волновая энергия 25
1.2.8. Энергия биомассы 26
1.3. Аккумулирование энергии возобновляемых источников энергии.. 27
1.4. Производство и потребление электроэнергии в мире 30
1.5. Основные тенденции развития энергетики мира 32
1.6. Развитие энергетики Западной Сахары 37
1.6.1. Энергетические ресурсы, как основание для развития энергетики Западной Сахары 37
1.7. Выводы по главе 39
Глава 2. Развития ветроэнергетики мира н ее перспективы в Западной Сахары
2.1. Предварительные замечания к главе 41
2.2. Ветровой режим Западной Сахаре 44
2.3. Оценка технического потенциала ветроэнергетических ресурсов Западной Сахары .' 54
2.4. Тенденции развития ветроэнергетических установок 63
2.4.1. Современное состояние развития ВЭУ 66
2.4.2. Классификация и типы ВЭУ 75
2.4.3. Анализ причин отказов в работе ВЭУ 78
2.5. Условия, определяющие эффективность ветроэнергетики 81
2.6. Выводы по главе ...85
Глава 3. Анализ типов конструктивного исполнения ветрогенераторов и их особенностей .
3.1. Распространенные типы электрических машин, используемых в составе ветроустановок 88
3.2. Особенности электрических машин, используемых в составе ветроустановок 89
3.3. Материалы постоянных магнитов 93
3.4. Магнитные системы и конструкции роторов синхронных генераторов с постоянными магнитами 97
3.4.1. Роторы с цилиндрическими магнитами 99
3.4.2. Роторы с магнитами "звездочка " 101
3.4.3. Роторы коллекторного типа с призматическими магнитами и тангенциальным намагничиванием 104
3.4.4. Роторы с когтеобразными полюсами, с цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в аксиальном направлении 105
3.4.5. Магнитные системы торцевого типа 109
Глава 4 Расчет конструктивных и энергетических показателей предлагаемого генератора для работы в условия Западной Сахары .
4.1 .Сведения о методики расчета 110
4 2. Обоснование выбора конструкции ветрогенератора, для работы в условиях Западной Сахары 111
4.3. Общая компоновка предлагаемого генератора 112
4.3.1 Статор генератора 112
4.3.2. Ротор генератора .' 114
4.3.3. Подшипниковые щиты 114
4.3.4. Система крепления 114
4.3.5. Система охлаждения 116
4.4. Роль преобразователя частоты 116
4.5. Пример расчета показателей ветрогенератора мощностью 15 кВт.. 124
Заключение 155
Список литературы 157
- Классификация источников энергии, ресурсы
- Оценка технического потенциала ветроэнергетических ресурсов Западной Сахары
- Распространенные типы электрических машин, используемых в составе ветроустановок
- Обоснование выбора конструкции ветрогенератора, для работы в условиях Западной Сахары
Введение к работе
О необходимости использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) сегодня упоминается в серьезных государственных и международных программах, в специальной и популярной периодической литературе, о них много говорится на различных форумах и в средствах массовой информации. По инициативе ЮНЕСКО постоянно проводятся мероприятия, призывающие обратить внимание правительств различных стран мира на необходимость и важность поддержки внедрения ВИЭ в практику. Интерес к ВИЭ особенно повысился в последние годы. Несмотря на то, что исчерпание традиционных ископаемых энергоносителей в ближайшее время не грозит, но сам факт, что они невозобновляемы и неравномерно распределены по земному шару, не может не беспокоить человечество. Поэтому, говоря о перспективной стабильной энергетике, следует признать, что она может и должна опираться на ВИЭ. Традиционная энергетика, использующая в основном органическое топливо, оказывает вредное воздействие на окружающую среду, которое в перспективе может привести к глобальным и, возможно, катастрофическим изменениям климата. Атомная энергетика встречает все более активное неприятие населением в связи с возможностью тяжелых аварии с радиационным загрязнением больших территорий. Исходя, из вышесказанного становится очевидным, что, с одной стороны, необходимо всемерно экономить и снижать потребление энергии, получаемой на базе традиционных первичных энергоисточников (с учетом прогнозов о скором существенном ограничении их добычи), а с другой стороны, выявлять и вовлекать в топливно-энергетический баланс ВИЭ.
В промышленно развитых странах энергопотребление в последние годы либо уменьшается, либо его рост существенно замедляется. В связи с этим планирование строительства новых крупных электростанций связано с большой неопределенностью, а следовательно, с экономическим риском. Поэтому многие энергетические компании предпочитают наращивать мощно ста, в частности, путем строительства небольших энергетических блоков, что весьма благоприятно для использования ВИЭ. Энергетика некоторых про-мышленно развитых стран (например, Японии) практически не имеющих собственные энергетические ресурсы, ориентированы на импортные поставки органического топлива. Это снижает энергетическую и экономическую самостоятельность страны и заставляет ориентироваться, по возможности, на местные первичные возобновляемые энергоресурсы и нетрадиционные энерготехнологии. Для развивающихся стран характерен инвестиционный дефицит, затрудняющий сооружение крупных традиционных электростанций. Энергетические установки на базе ВИЭ имеют, как правило, модульное исполнение и позволяют вводить в строй сравнительно малые мощности, ступенчато наращивая их по мере необходимости. В большинстве развивающихся стран большая часть населения живет в сельской местности в сравнительно мелких поселениях, далеко отстоящих друг от друга. В этих условиях создание энергетических систем по централизованному типу, сложившемуся в промышленно развитых странах, когда электроэнергия вырабатывается на крупных электростанциях и доставляется в районы с высокой плотностью населения по линиями электропередач, оказывается нецелесообразным. Создание автономных энергоустановок малой мощности, базирующихся на местных ВИЭ и максимально приближенных к потребителям, имеет существенные преимущества.
В.1.Современное состояние энергетики Западной Сахары
Вышеуказанные обстоятельства характерны для большинства регионов Западной Сахары (ЗС), которые не могут обеспечиваться системами централизованного электроснабжения и где. по некоторым оценкам, проживает не менее трети населения нашей страны (для сведения, территория ЗС составляет 266 тыс. км", а население - менее 500 тыс. человек). Для жителей этих регионов обеспечение электроэнергией, горячим водоснабжением, а в ряде случаев тепло - или холодоснабжением на базе ВИЭ является важной социальной задачей.
ЗС как колония Испании, долго находилась в полной изоляции от внешнего мира. Такой способ удержать народ от революции против колониальной зависимости удавался вплоть до 1973 г., когда началась освободительная война, вследствие которой население ЗС сейчас в основном проживает в лагерях беженцев, а ее территория остается до сего времени зоной вооруженного конфликта. Эти обстоятельства являются главной причиной отсутствия информации о развитии всех отраслей народного хозяйства, в том числе и энергетики.
ЗС имела ничтожную энергетическую базу, которую в 1966 г. [1] составляли только четыре электростанции в городах Эль-Аюн, Дахла, Смара и Гуэра, которые работали на импортном топливе (мазуте). Из 2735 тыс. кВт. ч. электроэнергии, произведенной в том году, на нужды населения и освещение улиц расходовалось 2245 тыс. кВт.ч. Такой энергобаланс указывает на почти полное отсутствие промышленности в рассматриваемый период[1,42]. В 1973г. в зоне Эль-Аюна была введена в строй пятая электростанция, строительство которой было обусловлено развитием добывающей руды Фосфата. Электроцентраль снабжает электроэнергией цех по опреснению воды, завод по обогащению фосфата, ленточный транспортер и местный порт. Электроцентраль оснащена тремя энергоблоками по 12 МВт [1,42]. В тот же период определенное развитие в ЗС получило промышленное и гражданское строительство, направленные на сооружение в основном военных объектов: аэродромов, укреплённых фортов, прокладку стратегических дорог, возведение административных зданий и жилых домов для европейского населения. Толчок ускоренному строительству дали работы по эксплуатации месторождения фосфатов. Обрабатывающая промышленность представлена мелкими рыбоконсервными предприятиями. Ежегодно вырабатывается около 70т. консервов из морских водорослей. Данные о выработке электроэнергии, установленной мощности и потреблении электроэнергии на душу населения в ЗС[1,33,42,105,106] приводятся в табл.1 и 2.
В настоящее время решается вопрос о полной независимости ЗС, и по еле четверти века существования в палаточных лагерях на чужой территории тысячи беженцев смогут вернуться в родные места, где они должны начать построение современного общества, со всеми вытекающими из этого проблемами. Широко известно и очевидно, что без успешного решения энергетических проблем (организации электроснабжения в первую очередь), современная жизнь не предоставляется возможной. От развития энергетики, как базовой отрасли экономики, во многом зависит будущее страны, так как энергетическая отрасль способствует успешному развитию экономики страны.
Высокую степень зависимости мирового современного общества от уровня энергоснабжения, ярко продемонстрировали события 1973-1974гг. и 1981-1982 гг., когда цены на основной потребляемый энергоноситель - нефть многократно возросли. Именно в это время во многих странах появилось большое количество национальных программ развития энергетики на базе ВИЭ (как гарантии энергообеспеченности), что конечно и определило современное направление развития генерирующих источников малой мощности, каковыми, например, являются Зх-фазные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.
Таким образом, актуальность темы диссертации определяется современной тенденцией развития энергетики в мире и, в частности в ЗС, а также связанной с этим необходимостью учитывать климатические, природные и другие специфические условия ЗС при решении энергетических проблем на начальной стадии обретения страной независимости и, прежде всего, проблем электроснабжения.
Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по наращиванию генерирующих мощностей и использованию энергетических установок малой мощности на основе ВИЭ при решении проблем электрификации ЗС, и разработка конструкции надежных и простых в эксплуатации электрических машин, приспособленных для работы в климатических условиях ЗС.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1) Проведен анализ современных тенденций развития мировой энергетики и энергетики ЗС;
2)Проведен анализ потенциала традиционных и возобновляемых источников энергии, выявлены и обобщены технические ресурсы нетрадиционных ВИЭ для использования в электроэнергетике;
3)Разработаны рекомендации по наращиванию генерирующих мощностей на базе ЫВИЭ, в частности, энергии солнца и ветра в условиях ЗС;
4)Разработана методика определения и оценки технических ресурсов ветроэнергетики ЗС при отсутствии данных наблюдений;
5)Проведен анализ исследований, новых разработок и технических ре шений по конструктивным элементам генераторов с постоянными магнитами;
6)Разработаны технические средства для повышения энергетической эффективности электрических машин ветроагрегатов, адаптированных к климатическим условиям ЗС;
7)Выполнены расчеты новых технических решений в элементах электрической машины для выявления её технико-экономических показателей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- исследованы и обобщены перспективные виды источников энергии ЗС;
- определены основные направления наращивания энергетических мощностей в ЗС;
- предложена конструкция электрической машины для работы в условиях ЗС, особенность которой заключается в расположении охладителя в центре статора, находящегося внутри ротора;
- получены расчетные технико-экономические показатели предложенной конструкции электрической машины.
Практическая значимость работы для ЗС состоит в определении и обобщении данных по техническим ресурсам возобновляемых источников энергии, обеспечивающих наращивание энергетических мощностей в кратчайшие сроки, в разработке технических решений, обеспечивающих эффективную работу электрических машин ветроагрегатов в местных условиях, что создает базу для подъема народного хозяйства страны.
Реализация работы. Результаты исследований были использованы при разработке рекомендаций по энергообеспеченности экономики ЗС и в технических решениях по усовершенствованию электрических машин ветроагрегатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах отдела электроэнергетических проблем энергетики РАН в 1996-2000 г.г.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы 2 научные статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 1\Q наименований. Общий объем работы ibS страниц машинописного текста.
Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю академику РАН Я.Б.Данилевичу за оказанную помощь, и коллективу ОЭЭП РАН, а так же коллективам двух кафедр СПбГТУ, электрических машин и ВИЭ.
Классификация источников энергии, ресурсы
Энергетическая обеспеченность, или по-другому, потребность в энергии по сравнению с ее фактическим потреблением, напрямую связана с изменением количества населения Земного шара, которое, по данным Мирового Энергетического Совета (МИРЭС)[70]. достигнет к 2020г. 8 млрд. человек. Если энергопотребление на душу населения не изменится, то, следовательно, и общий рост его составит около 100% по сравнению с сегодняшним днем. Это приведет к значительному увеличению потребления первичной энергии во всем мире. Становится очевидным, что, с одной стороны, необходимо всемерно экономить энергоносители и снижать потребление энергии, а с другой - выявлять и широко использовать новые источники энергии.
Первичная энергия - это не преобразованная энергия в виде запасов ископаемых источников - угля, нефти, природного газа, урана, и др. А также возобновляемые источники энергий, как, солнечное излучение, тепло недр, водная энергия, энергия ветрового потока и т.д.
Источники первичной энергии могут быть классифицированы по нескольким признакам. Все виды энергии, используемые человечеством, происходят от Солнца, в том числе и ископаемые энергоносители, поскольку они аккумулируют солнечную энергию, полученную химическим способом. Другими источниками первичной энергии могут являться следующие: ядерные реакции в ядре Земли, гравитационные силы взаимодействия между небесными телами (Землей, Луной и Солнцем), химические и ядерные реакции различных веществ. Классификация первичных источников энергии, по данным [20] приведена на рис 1.1.
На Земле все источники энергии подразделяются на невозобновляемые и возобновляемые.
Невозобновляемые источники энергии (НИЭ) - это природные запасы материалов и веществ, которые только единожды могут быть использованы человеком для производства энергии. Энергия этих источников в природе находится в связном состоянии и высвобождается в ходе технологических процессов. Наша планета обладает ограниченными запасами невозобновляемых источников энергии, точное значение которых зависит от наших знаний, геологоразведочных изысканий и предельных экономически целесообразных условий, при которых добыча еще является целесообразной и рентабельной, поэтому, по мнению многих авторов их целесообразно классифицировать следующим образом [3,37,44]:
1 .Потенциальные ресурсы - общее количество энергии в окружающей человека среде, принципиально доступные для практического использования;
2.Технически реализуемые ресурсы - та часть потенциальных ресурсов, которая может быть использована для практических целей средствами современной технологии без существенного ущерба окружающей среде;
3. Экономически доступные ресурсы - та часть технически реализуемых ресурсов, освоение которых конкурентоспособно с альтернативными технологиями и обеспечено финансовыми, материальными и трудовыми ресурсами.
Прогнозы запасов энергетических ресурсов на земле различны и часто изменяются. Это объясняется не только неполной изученностью недр, в результате чего открываются все новые и новые месторождения источников энергии, но и различым подходом к их подсчету. В одних случаях учитываются только те запасы, которые в настоящее время использовать целесообразно, в других достоверно изученные, в третьих - максимально возможные и т.д. [20,45].
Оценка технического потенциала ветроэнергетических ресурсов Западной Сахары
Впервые энергия ветра была использована человеком, по-видимому, для передвижения парусных судов, а позднее - также для подъема воды и размола зерна. Первые ветряные двигатели, предположительно с вертикальной осью вращения, были построены более 2 тыс. лет назад. Вавилоняне еще до нашей эры использовали их для осушения болот, в Египте, на Ближнем Востоке, в Персии строили ветряные водоподъемники и мельницы.
В Европе, в первую очередь во Франции, ветряные мельницы появились в XII в[52]. В Англии работали мельницы, однотипные по принципу действия с французскими. В Германии первая мельница была построена в 1393 г. Из Германии они распространились в другие страны. В XIV столетии голландцы широко использовали ветряные мельницы для осушения болот и озер. В начале XVII в. большая часть территории осушалась с помощью вет-роустановок (ВУ) мощностью до 30-35 кВт. В этот же период появились усовершенствованные конструкции мельниц и новые ветряные двигатели, которые использовали для привода машин бумагоделательных фабрик, лесопилок и других устройств. В 30-х годах XVIII в. в Голландии работало 1200 ветро-установок, которые предохраняли 2/3 страны от обратного превращения в болота. Первое изложение теории ветродвигателя относят к началу XVIII в. В более систематизированном виде она появилась в конце XIX в. в Америке и Европе.
В России наряду с кустарными мельницами в начале XX столетия началось изготовление в заводских условиях (в мастерских) тихоходных многолопастных деревометаллических ветродвигателей. Некоторое число ветродвигателей завезли из Германии, Франции и США, где их производство было налажено несколько раньше. В основном выпускались многолопастные двигатели, но они уже были снабжены системами автоматического регулирования скорости вращения и мощности, механизмами ориентации ветроколеса (ВК) к направлению ветрового потока. Суммарный годовой выпуск в основных промышленно развитых странах составлял сотни тысяч двигателей. Позднее, в XX столетии, ряд стран (США, Франция. Германия, Австралия. Великобритания и др.) начал в значитель-ных количествах, выпускать на заводах также и более совершенные по конструкции и экономичные 100-киловаттные ветроэлектростанции (ВЭС), в том числе одну установку принципиально нового типа системы Андро с пневматической передачей мощно сти от ветроколеса генератору, установленному вместе с воздушной турбиной, в нижней части машины.
В Германии[52] под руководством проф. У.Хюттера был осуществлен ряд усовершенствований ВЭС. Самая крупная из них имела расчетную мощность 100 кВт. Наряду с этим выпускались ветроагрегаты (ВА) мощностью до 10 кВт. Наиболее совершенными из них были установки фирмы Allgaier. Французские ученые и конструкторы создали несколько ветроэлектрических станций мощностью от 130 до 800 кВт с синхронными и асинхронными генераторами. Они работали на электрическую сеть совместно с другими, в основном тепловыми., электростанциями. В этот же период велись работы в области ветроэнергетики в Швеции, Австралии, Канаде, Нидерландах, Аргентине, Мексике и в ряде других стран.
В годы, предшествовавшие второй мировой войне, и вплоть до середины 50-х годов, во многих странах наряду с расширением масштабов производства и применения ветродвигателей небольшой и средней мощности, большое внимание начали уделять созданию и строительству крупных ВЭС. Так, в начале II мировой войны в США была построена станция мощностью 1,25 МВт с двухлопастным ветроколесом. После войны датчане создали три типа ВЭС мощностью 12, 45 и 200 кВт для работы на электрическую сеть. Великобритания построила для испытаний несколько демонстрационных ВЭС.
По неполным данным [70] ЮНЕСКО, в 1960 г. в мире насчитывалось более 1 млн. ветроустановок различных типов и назначения, в том числе около полумиллиона быстроходных ветроэлектрических агрегатов, а в 1968г. только в Австралии эксплуатировалось почти 250 тыс. ветроустановок.
В годы так называемого " энергетического кризиса" (начало 70-х годов), вызванного увеличением во всем мире потребления энергии наряду с постепенным сокращением запасов традиционных энергоресурсов и ростом цен на жидкое топливо, во многих странах резко расширились работы по использованию возобновляющихся источников энергии, в первую очередь Солнца, ветра, теплоты недр Земли и др. Начиная примерно с 1975 г., количество эксплуатируемых установок во многих странах вновь стало расти и все большее число потребителей в разных сферах и регионах обеспечивается за счет энергии ветра. Так, еще в 70-х годах, фирма YFW (Бремен, ФРГ) получила заказ от Министерства энергетики Швеции на изготовление опытного ветроагрегата с 75-метровым ротором мощностью 4 МВт, который был испытан на острове Готланд в 1982 г. Результаты оказались весьма обнадеживающими, что позволило принять решение о строительстве 200-300 ВЭУ морского базирования, с размещением их в 20 км от южного побережья Швеции. Стоимость проекта 1.5 млрд. долл. [52].
Распространенные типы электрических машин, используемых в составе ветроустановок
Генератор является важнейшим элементом электрооборудования автономной энергоустановки (АЭУ). Кроме основного назначения, генератор должен выполнять определенные функции по стабилизации или регулированию параметров, характеризующих качество отдаваемой им электроэнергии. Наибольшее распространение в АЭУ имеют синхронные генераторы (СГ). Асинхронные генераторы (АГ) применяются реже [5.59] из-за сложности возбуждения и регулировки выходных электрических параметров. Тем не менее, в ряде случаев они имеют ряд достоинств, способных конкурировать с СГ.
Характерной особенностью АГ является их неспособность создать себе намагничивающий ток для образования магнитных полей - они работают только при наличии посторонних источников возбуждения. При работе АГ на АЭУ возбуждение может быть осуществлено двумя способами [59]: - через контактные кольца (теряется бес контактность, усложняется конструкция и уход за машиной). - присоединение параллельно статорным обмоткам конденсаторов или синхронного компенсатора (усложнение из-за необходимости добавочного источника реактивной мощности, трудности регулирования напряжения при переменном характере нагрузки).
В отличие от АГ, СГ не нуждаются в дополнительном источнике реактивной мощности для создания рабочего потока. Мощность возбуждения не превышает нескольких процентов мощности генератора. Частота генерируемого тока определяется только частотой вращения генератора.
СГ с постоянными магнитами, в настоящее время, получили широкое применение, вследствие своей простоты, надежности и удобства в эксплуатации, из-за отсутствия подвижных щеточных электрических контактов, широко используемых в обычных электрических машинах. Наибольшее число отказов, в работе электрических машин наряду с изоляцией и подшипниками приходится на щеточные контакты. Такие контакты существенно усложняют конструкцию и снижают надежность машины. В нестандартных, условиях окружающей среды, щеточный контакт, теряет работоспособность, еще он более опасен, во взрывоопасной среде, ограничивает скорость вращения роторов ЭМ, создает ощутимые дополнительные электрические и механические потери, является источником шумов и помех, сокращает ресурс ЭМ и, наконец, щеточный контакт усложняет обслуживание ЭМ, загрязняя внутренние полости графитовой пылью, снижающей электрическую прочность изоляции, особенно в случае закрытой системы охлаждения, когда объем воздуха ограничен. Отмечается что, для коллекторных машин постоянного тока около 25% отказов связаны с выходохМ из строя щеточно-коллекторного узла [16].
Магнитоэлектрические генераторы по сравнению с генераторами с электромагнитным возбуждением [4,5,6] успешно применяются там, где требуется ток высокой частоты (в авиации), практически отсутствуют радиопомехи. Они отличаются простой электрической схемой, не потребляют энергии на возбуждение и имеют повышенный КПД, менее чувствительны к действию реакции якоря и требуют меньшего ухода. Все это актуально для автономных отдаленных электроэнергетических установок, где ощущается недостаток (в неразвитых стран) инженеров и специалистов в области электромеханики, способных брать на себя ответственность за работу сложных по конструкции машин.
Синхронная машина с постоянными магнитами (ПМ) по сравнению с обычными синхронными машинами обладает рядом особенностей. Машины с ПМ не допускают форсирование возбуждения, как машины с обмотками возбуждения для автономных установок. Поэтому при режимах работы, рассчитанных на значительные периодические перегрузки (например, 2-х кратные в авиационных системах), машины с ПМ необходимо рассчитывать на увеличенные мощности по сравнению с машинами, имеющими электромагнитный индуктор. В машинах с постоянными магнитами из обычных материалов необходимо иметь минимальный рабочий зазор, в то время как в обычных синхронных машинах зазор должен быть достаточно большим, чтобы параметр Xd имел пониженные значения, и машина обладала необходимой устойчивостью по отношению к размагничивающей реакции якоря. Мощность машины с ПМ возрастает с уменьшением зазора [16], а пониженные значения Ха в них обеспечиваются благодаря относительно низкой магнитной проводимости по оси d. При использовании высокоэффективных магнитов из РЗМ зазор может быть увеличен. Роль потоков рассеяния в обычных синхронных машинах, как правило, негативная и их стремятся сделать возможно, малыми. В синхронных машинах с ПМ потоки рассеяния могут создавать полезные эффекты: рассеяние ослабляет снижение параметров магнита из-за размагничивающей реакции якоря, способствует его стабильной работе [10]. Аналогичный вывод следует непосредственно из схемы замещения магнитной цепи синхронного генератора рис. В машинах с ПМ часто искусственно увеличивают магнитные проводимости рассеяния, используя, например, более широкие полюсные наконечники, чем в обычных синхронных машинах. Отметим, что в обычных синхронных машинах всегда Xd Xq , а в машинах с постоянными магнитами как правило Xd Xq. В роторах без полюсных наконечников Xd Xq .
Обоснование выбора конструкции ветрогенератора, для работы в условиях Западной Сахары
Генерирование электрической энергии осуществляется в основном с помощью вращающихся электрических машин. Уже долгие годы в России и за рубежом, ведутся работы по совершенствованию конструкций генераторов. Ведущей организацией по электромашиностроению является "Электросила", "ВНИИЭлектромаш" и многие другие Российские учреждения. Большой вклад в развитие электромашиностроения внесли труды таких ученых, как Вольдек А.И., Балагуров В.А., Буг Д.А., Копылов И.П.. Хуторецкий Г.М, Данилевич Я.Б., Домбровский В.В, Ледовской А.Н., Завалишин Д.А., , Липецкий Я.Л., Сергеев В.В., Зимин В.И., Каштан М.Я., Нейман Л.Р., Галтеев Ф.Ф., и многие, других.
В настоящее время по электрическим машинам с электромагнитном возбуждением, существует многочисленная литература, заводская, учебная, специальная, изучены и исследованы все процессы, до того что, можно сказать что, их развитие заторможен кроме их способ применения
Несмотря на то, что действие БЭМ основано, как правило, на тех же физических явлениях, которые реализуются в обычных электрических машинах, надо отметить, что быстрорастущий интерес к электрическим машинам с ПМ не подкрепляется методически в учебной и специальной литературе. Большинство учебников и учебных пособий по электрическим машинам либо вообще не содержит сведений по машинам с ПМ, либо предлагает их беглое описание. Наиболее полное описание конструкции имеется в [4,5,10].
В связи с обретением в ближайшее времени, полной независимости Западной Сахарой (ЗС), тысячи беженцев смогут вернуться на родные места , где они должны начать восстановление народного хозяйства., со всемами вытекающими отсюда проблемами. Очевидно, что без решения энергетических проблем (электроснабжение в первую очередь), современная жизнь не представляется возможной. Необходимо, начинать процесс сбора данных, для составления плана электрификации, а для этого требуется время и значительные затраты, однако, снабжение людей электричеством, требует немедленого ввода генерирующих мощностей, и учитывая малонаселенность ЗС, возникает вопрос: строить станции на импортном топливе с целью дальнейшего перехода на собственное топливо, или строить линии электропередачи, соединяющие с соседними странами. Но, как уже известно, энергетические проблемы малонаселенных пунктов, можно решить генерирующими мощностями с использованием возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце. В ЗС имеется большая возможность использовать энергию ветра, как источника первичной энергии. Поэтому в отделе электроэнергетических проблем (ОЭЭП) РАН, при непосредственном участии автора и под руководством проф. Г. М. Хуторецкого, был спроектирован генератор, предназначенный для работы в составе автономной ветроустановки АВУ, в климатических условиях Западной Сахары. Так как использование асинхронного генератора или обычного синхронного генератора с обмоткой возбуждения было бы, нецелособразно, как упоминалось выше, следовательно, необходимо создание бесконтактной электрической машины, в которой отсутствуют подвижные электрические контакты, широко используемые в обычных электрических машинах и существенно усложняющие конструкции. Такие кон такты снижают надежность машины, а в нестандартных условиях окружающей среды могут терять работоспособность, что выше подробно говорилось.
Принимая во внимании, что территория ЗС - это зона сильных ветров, смерчей пылевьгх бурь и пылевых туманов. Нами предлагается 3х фазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, вертикального исполнения, для прямого соединения с лопатками ветроустановки, с закрытой системой охлаждения. Общая компоновка представлена на рис.4. Особенность этой компоновки заключается в том, что охладитель закреплен внутри цилиндра на котором установлен остов статора , который в свою очередь , находится внутри ротора. А магнитная система проста.
Сердечник статора, закрепленен на остове и набран, из прессующихся традиционным способом листов электротехнической стали, марки 2013 толщиной 0,5 мм. Обмотка - всыпная-катучная, двухслойная петлевая, из круглого проводника марки ПЭТ-155, уложена в прямоугольном пазу, имеющем подпазовый вентиляционный канал. Остов состоит из двух колец, соединенных 6-ю ребрами жесткости и закреплен на центральном цилиндре, который в свою очередь устанавливается на фундаменте.
