Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ Глава 1
1.1
1.2
1.3
4
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВА- 9
НИЙ В ОБЛАСТИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ.
Проблемы развития малой энергетики на базе 9
ВЭУ за рубежом и в нашей стране.
Общественное мнение и экологические пробле- 17
мы ВЭУ.
Основные типы ветроприемных устройств ис- 18
пользуемых для ВЭС.
1.4
Проблемы выбора генератора и схем генериро- 23
1.5
вания напряжения в ветроэнергетике.
Выводы. 32
АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ГАРАНТИ- 33
РОВАННЫМ САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ ДЛЯ ВЭУ
2.1
2.2
2.3 2.4
2.6
Асинхронный генератор с гарантированным са- 33
мовозбуждением.
Основные уравнения асинхронного генератора в 36 установившемся режиме.
Частота генерируемых колебаний. 40
Изменение напряжения асинхронного генерато- 44
ра. Принципы стабилизации напряжения.
Динамические режимы асинхронного генерато- 50
ра с гарантированным самовозбуждением для ветроэлектрических станций.
2.7
Экспериментальные исследования асинхронно- 58
го генератора с гарантированным самовозбуждением.
2.8
Выводы 65
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ В АСИНХРОННОМ ГЕНЕРАТОРЕ С ГАРАНТИРОВАННЫМ САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ. 3.1 Расчет магнитного поля от постоянных магни- 66 тов в поперечном сечении машины.
-
Расчет магнитного поля от постоянного магнита 91 в расчетной области равной зубцовому делению машины.
-
Выводы 117
Глава 4
4.1
4.2 4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Заключение
Литература
Приложения
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ УЗЛОВ ВЭС С САМОРЕГУЛИРУЮЩИМ ВЕТРОКОЛЕСОМ. Описание ВЭУ.
Методика выбора типа ветроколеса. Устройство и принцип действия ветроколеса с внутренним центробежным регулятором для ВЭУ.
Задача настройки ветроколеса с внутренним центробежным регулятором. Методика расчета ветроколеса с внутренним центробежным регулятором. Методика расчета вспомогательных узлов ВЭУ. Экономические перспективы применения ВЭУ. Технико-экономические характеристики ВЭУ. Выводы
Введение к работе
Использование энергии ветра в нашей стране имеет давние традиции. Оценка ветроэнергетических ресурсов страны показывает, что для энергетического использования пригодны 8 млн. кв. км. территории где среднегодовая скорость ветра превышает 5м/сек. Известно, что 70% территории страны с постоянно проживающим населением примерно 22 млн. человек не могут получать энергоресурсы по системе централизованного энергоснабжения и вынуждены их завозить, 20% процентов сельского населения проживает в условиях частых аварийных и ограничительных отключений. В сложившихся экономических условиях энергоснабжение рассредоточенных объектов (оленеводческие, чабанские бригады, индивидуальные хозяйства, полевые станы) можно рационально решать за счет использования энергии ветра.
Требуют решения стремительно нарастающие экологические проблемы. Повышение температуры в результате накопления в атмосфере газов (парниковый эффект), загрязнение окружающей среды, по мнению экспертов ООН, уже не в столь отдаленной перспективе может привести к таянию полярных льдов, затоплению обширных прибрежных зон, наступлению пустынь. По данным Метрологического управления Великобритании 1997 год оказался самым теплым в истории человечества с тех пор, как с 1860г. ведется глобальное метеонаблюдение. Температура года на 0.43 градуса Цельсия превышает среднюю температуру на планете в течение нескольких последних десятилетий.
Ветроэлектроустановки (ВЭУ) в широком диапазоне мощностей выпускаются за рубежом. В России освоено производство ВЭУ мощностью до 1 кВт в ЦНИИИ "Электроприбор" и на Рыбинском заводе приборостроения. Массовое производство ВЭУ большой мощности пока не налажено.
Широкое применение находят ВЭУ, в которых используются традиционное быстроходное ветроколесо с автоматическим регулированием скорости вращения и асинхронный генератор. Традиционный центробежный механизм автоматического регулирования скорости ветроколеса является уязвимым звеном ВЭУ и снижает ее надежность. Что касается асинхронного генератора, то одним из его недостатков является зависимость процесса самовозбуждения от потока остаточного магнетизма, значение которого имеет случайный характер. По изложенным причинам остается актуальной проблема разработки ветроэлектрических установок отличающихся при прочих равных условиях простотой и высокой надежностью.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой "Разработка экологических чистых источников электроснабжения для автономных потребителей" (код темы по ГРНТИ 67.53.31) Московского института коммунального хозяйства и строительства.
Цель работы.
Целью работы является разработка автономной ветроэлектрической установки (ВЭУ), обеспечивающей эффективное использование низкопотенциального диапазона энергии малых скоростей ветра, для электроснабжения удаленных потребителей не подключенных к электросети или экономии электроэнергии, полученной от других источников в агропромышленном комплексе. Для достижения поставленной цели в работе был рассмотрен комплекс взаимосвязанных задач: разработка математической модели АГГС и программы расчета, позволяющие исследовать при помощи ЭВМ статические и динамические режимы АГГС. исследование динамических режимов АГГС при его работе под нагрузкой; исследование распределения стационарного магнитного поля АГГС в невозбужденном состоянии и показать распределение магнитного поля и его параметров в различных сечениях магнитопровода; - разработка ветроколеса с внутренним центробежным регулятором, отличающееся от известных простотой и технологичностью; - разработка математической модели ветроколеса и его настройки на заданное значение скорости его вращения при переменной скорости ветра.
Методы исследования.
Исследования проводились:
Методом математического моделирования АГГС и ветроколеса с внутренним центробежным регулятором и численного решения дифференциальных уравнений на персональном компьютере с использованием разработанных программ.
Методом конечных элементов посредством программной системой ELCUT.
3. Путем экспериментальных исследований. Научная новизна.
Разработан и предложен новый асинхронный генератор с гарантированным самовозбуждением.
Разработана математическая модель АГГС.
Предложена программа решения дифференциальных уравнений АГГС на персональном компьютере и получены результаты расчета АГГС в симметричных динамических режимах, показывающие стабильность самовозбуждения АГГС.
Исследовано распределение стационарных магнитных полей АГГС и определены параметры поля в различных сечениях магнитопровода. Показана достаточность этих параметров для обеспечения гарантированного самовозбуждения.
Предложено и исследовано саморегулирующееся ветроколесо для ВЭУ. Разработана его математическая модель, описывающая регулировку ветроколеса и его настройку на заданную скорость вращения при произвольной допустимой скорости ветра.
Практическая ценность работы.
Практическая ценность работы заключается в следующем: разработано и внедрено программное обеспечение для расчета АГГС в динамических режимах; предложена методика настройки ветроколеса на заданное значение его скорости вращения при произвольной скорости ветра; теоретически и практически доказана возможность стабильного самовозбуждения АГГС, не зависящая от случайных факторов; предложена конструкция ВЭУ с саморегулирующимся ветроколесом и асинхронным генератором с гарантированным самовозбуждением, предложена схема автоматического регулирования напряжения АГГС путем его подмагничивания.
Реализация результатов работы.
Результаты работы были использованы на горном предприятии "Алибек" (г. Карачаевск) при проектировании и изготовлении модели ВЭУ с саморегулирующимся ветроколесом и асинхронным генератором с гарантированным самовозбуждении мощностью до 2 кВт.
Программа расчета переходных режимов АГГС используется в учебном процессе Московского института коммунального хозяйства и строительства.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 21-й научно-технической, методической конференции «Наука и высшее образование-96», Москва, 1996г.; 22-й научно-технической, методической конференции «Студенческая наука - 97», Москва, 1997г.; Международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве», Москва, 1998г., Всемирном электротехническом конгрессе, Москва, 1999.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
На защиту выносятся следующие результаты и положения.
Математическая модель асинхронного генератора с гарантированным самовозбуждением.
Программа и результаты расчета процесса самовозбуждения асинхронного генератора.
Результаты исследования распределения стационарных магнитных полей в невозбужденном асинхронном генераторе с гарантированным самовозбуждением.
Математическая модель и метод расчета ветроколеса с внутренним центробежным регулятором.
