Características de diseño del pequeño aerogenerador de imán permanente de CA

- Dec 15, 2018-

Características de diseño del pequeño aerogenerador de imán permanente de CA

Los generadores de corriente alterna, los alternadores electromagnéticos, los generadores de polos de garra, los generadores de reluctancia y los generadores inductivos se han utilizado para pequeñas plantas de energía eólica. Con el desarrollo de la tecnología de los materiales de imán permanente, el producto de energía magnética de los materiales de imán permanente se ha mejorado considerablemente, y en la actualidad se utilizan principalmente generadores de imán permanente. Este tipo de motor es superior a los tipos anteriores de generadores en términos de rendimiento eléctrico y seguridad. Dado que el lugar de aplicación de este tipo de generador es diferente al de un generador general, sus requisitos técnicos tienen su particularidad, y deben coincidir con el aerogenerador en términos de rendimiento. Por lo tanto, se lleva a cabo un análisis de varios problemas en este tipo de generador. Y explorar.

2 requisitos técnicos

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un pequeño dispositivo de generación de energía eólica. El viento mueve la rueda de viento para girar, convirtiendo la energía eólica en energía mecánica. La rueda de viento acciona el generador para que gire, convierte la energía mecánica en energía eléctrica, y la rectifica y emite. El diseño de este tipo de generador debe seleccionar primero el tipo de generador y la línea de rectificación; Determine la potencia de rectificación calculada, la potencia nominal, el voltaje, la velocidad, etc. Los principales requisitos técnicos para ello son:

(1) potencia de salida nominal PN (W); (2) voltaje de salida nominal (CC) UN (V); (3) velocidad nominal NN (r / min); (4) eficiencia del generador η (); (5) Par de arranque de resistencia TN (Nm); (6) a una velocidad nominal de 65, la tensión sin carga del generador no debe ser inferior a la tensión nominal; (7) a una velocidad nominal de 150, el generador debe poder sobrecargar la operación a una tensión nominal de 2min; (8) El generador debe poder soportar 2 veces la velocidad nominal en condiciones sin carga, con una duración de 2 minutos, la estructura del rotor no debe dañarse y la deformación dañina; (9) El generador debe poder prevenir la lluvia, la nieve, la arena y los rayos.

Además, también debe cumplir con los requisitos técnicos de aislamiento general del motor, resistencia a la presión, resistencia mecánica, etc.

Los requisitos técnicos (5), (6), (7), (8) son requisitos especiales para aerogeneradores, que se analizarán por separado a continuación.

Selección de carga electromagnética 3

La práctica de la fabricación moderna de motores y la operación a largo plazo del motor generalmente dan el rango de la línea de carga As y la carga magnética Bδ del motor diseñado. Cuando el producto de As y Bδ es el mismo, entonces la relación entre As y Bδ determina los diferentes parámetros del generador, el índice de energía de fuerza y la masa. Cuando Bδ es grande y As es bajo, el generador es rico en hierro, y cuando As es grande y Bδ es pequeño, el generador es rico en cobre.

La carga eléctrica del motor se mide por la densidad de corriente j (A / mm2) del devanado del motor y la carga lineal como (A / cm). Cuanto mayor sea la carga eléctrica, mayor será la pérdida de cobre. Para aerogeneradores de baja potencia, generalmente es de bajo voltaje y alta corriente. En particular, los generadores de menos de 1 kW se usan principalmente a 24, 36 V o 48 V (CC rectificada), y la corriente nominal de tales motores es grande. Para generadores de baja potencia de 1 a 10 kW, no se pueden tomar voltajes de salida de alta potencia. Debido a que este tipo de generador utiliza principalmente el almacenamiento de energía de la batería, el voltaje es alto, se deben usar más baterías, lo que aumenta el costo de toda la máquina, lo que es difícil de aceptar para los clientes. En resumen, la carga de la línea de turbina eólica de baja potencia es relativamente alta y es un generador rico en cobre. La pérdida de cobre del motor es grande, y representa aproximadamente el 70% de la pérdida total del motor. Esta es una situación objetiva. Además, la potencia de salida del generador aumenta a medida que aumenta la velocidad del viento, como se muestra en la Figura 2. La potencia del generador aumenta y el calor aumenta. Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad del viento, la condición de disipación de calor mejora considerablemente. Por lo tanto, para este tipo de generador, el estándar de selección del As para el motor general no debe respetarse, y el valor de As más alto se puede seleccionar, lo cual es requerido y permitido. Por ejemplo, el motor de potencia pequeña general Como es de 60 a 80 A / cm; y el As del tipo de generador se puede tomar como 100 a 150 A / cm; y el generador aerógeno Como el uso de inyección de combustible de alta eficiencia, el enfriamiento puede alcanzar unos 300 A / cm. Por lo tanto, la elección de As debería tener en cuenta la pérdida del motor, la eficiencia, la disipación de calor y la aplicación, y obtener un valor razonable.

La elección de la carga magnética Bδ puede estar completamente de acuerdo con los principios generales de la teoría del motor, y no se describirá aquí.

4 estator

4.1 ranuras de estator

Basado en la alta carga eléctrica de este tipo de generador, la pérdida de cobre es grande. Al diseñar el generador, la anchura del diente y el grosor del yugo deben minimizarse para garantizar el área de la ranura asegurando suficiente resistencia mecánica y densidad de flujo magnético. Aumente el área de cables del devanado del estator, reduzca el consumo de cobre y mejore la eficiencia del generador. Esto no es algo que todos los fabricantes han considerado. A menudo, debido a los alambres de bobinado del estator más delgados, los requisitos de diseño pueden cumplirse durante la operación inicial del generador. Después de 2 a 3 horas de funcionamiento, la temperatura aumenta bruscamente y la potencia de salida disminuye rápidamente, por lo que la potencia de salida nominal no cumple con los requisitos.

4.2 bobinado de estator

Los requisitos técnicos de los aerogeneradores de baja potencia (5) introducen el concepto de par de resistencia de arranque del generador, ya que los equipos pequeños de generación de energía eólica generalmente giran de decenas a cientos de revoluciones para reducir los enlaces, reducir los costos y mejorar la confiabilidad. La rueda de viento del dispositivo está acoplada directamente al eje del generador. Esto requiere minimizar el par de resistencia generado por el efecto de arrastre del generador, de modo que cuando la velocidad del viento es baja (2 a 3 m / s), la turbina de viento puede arrancar rápidamente y generar electricidad lo antes posible. Con este fin, la norma nacional GB10760.1-89 presenta los requisitos, consulte la tabla a continuación.

Potencia (W) 501002003005001000 resistencia máxima de arranque (Nm) 0.200.300.350.501.201.50

Desde la teoría del motor, el conducto del estator, el polo inclinado del rotor y el devanado de ranura fraccional del estator pueden reducir el par de resistencia causado por el efecto de tracción y cumplir los requisitos técnicos. Sin embargo, se ha demostrado que el devanado de ranura fraccional es la forma más efectiva de reducir el par de resistencia.

El uso del canal del estator es relativamente fácil de implementar en el proceso, pero el efecto no es obvio, y si la distancia del canal es demasiado grande, el rendimiento eléctrico del generador se verá afectado; utilizando el polo oblicuo del rotor, el imán del rotor y el polo magnético están torcidos a un tamaño razonable. El proceso es difícil y el efecto no es obvio; por lo tanto, la mayoría de los devanados de ranura fraccional se utilizan.

Bobina de ranura fraccional:

Número de ranuras por fase por polo q = Zs / 2mp = ac / d

Número de ranuras por polo Q = Zs / 2p = AC / D

Donde: Zs es el número de ranuras del estator; m no es el número de fases de bobinado; p es el número de pares de polos del generador; A, a es un número entero; c / d, C / D es una fracción irreducible.

La teoría y la práctica demuestran que cuanto mayor es D, menor es el par de resistencia de arranque del generador [5]. Además, a medida que aumenta el valor de q, la impedancia de secuencia negativa disminuye y la reactancia de fuga disminuye, que es lo que esperamos. Al mismo tiempo, sin embargo, al aumentar excesivamente el valor de q, se reduce la capacidad del generador para suprimir armónicos más altos, y esto debe evitarse. Por lo tanto, siempre que se cumpla el requisito de torque de resistencia especificado por la norma nacional, cuanto mayor sea el valor q, mejor.

Calculamos y probamos el torque de varios generadores, de los cuales podemos determinar la coordinación de los dientes, ver Figura 3.

5 rotores

La velocidad de la turbina eólica de un pequeño dispositivo de generación de energía eólica es de decenas a cientos de revoluciones por minuto, y el rotor del generador está acoplado directamente a la rueda de viento. La velocidad del rotor determina que el generador es un generador multipolar de baja velocidad; el rotor está generalmente hecho de ferrita y neodimio-hierro-boro imán, estructura tangencial; La estructura del rotor debe ser firme y puede soportar el impacto de cambios repentinos en la velocidad del viento sin daños ni daños. Y la deformación. Esto se establece claramente en los requisitos técnicos (7) y (8). El problema del rotor será discutido en un artículo especial.

6 caracteristicas

6.1 voltaje de salida de CC

El generador emite una tensión de corriente alterna para rectificar y cargar la batería. Según la norma nacional, el voltaje rectificado debe ser 2V más alto que la batería estándar de 12V, es decir, el voltaje de salida del generador es de 14V, 28V, 42V, 56V ... Sin embargo, se ha demostrado que esta regulación es factible para áreas con recursos eólicos muy abundantes, pero para los recursos eólicos, las áreas que pueden utilizarse son bajas. Algunas personas solían producir 42V (DC) en el área de la cultura del lago interior de Jiangsu Neihu. El generador se conectó a dos series de baterías (24 V) y funcionó bien sin problemas graves. Por lo tanto, cuando se diseña un generador, se debe saber que la fuente de viento en el área donde se utiliza la turbina eólica debería ser generalmente mayor a 4 V para aprovechar al máximo los valiosos recursos eólicos.

6.2 características de salida

La relación entre la potencia de salida P y la velocidad n no es necesaria para los generadores generales y es importante para tales generadores. La Figura 2 muestra las características medidas del generador DYF-600. Debido a los requisitos específicos, las turbinas eólicas requieren que los generadores generen electricidad a bajas velocidades del viento, mientras que las características de salida son lo más suaves posible por encima de las velocidades nominales del viento. Por lo tanto, al diseñar el generador, el circuito magnético debe estar lo más saturado posible, para no causar un exceso de velocidad frecuente en la turbina eólica, y la potencia de salida del generador aumenta considerablemente, causando un impacto excesivo en el cargador y el inversor y Sobrecalentamiento del generador, dañando así. .

6.3 Características coincidentes de los aerogeneradores con las características de salida del generador.

(1) Una vez que se inicia el aerogenerador, se requiere que el generador genere electricidad lo antes posible, es decir, la energía eólica se puede capturar en un rango de baja velocidad del viento. Esto es como lo requieren los requisitos técnicos (6), el par de arranque del generador es lo más pequeño posible, de modo que la turbina eólica se puede poner en funcionamiento tan pronto como sea posible.

(2) Se espera que el generador P = f (n) tenga una relación parabólica cuadrática antes del punto nominal para obtener la mejor energía eólica haciendo coincidir el generador con el aerogenerador.


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