Проектирование и анализ асинхронизированного синхронного генератора для ветроэнергетических установок большой мощности : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.09.01

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………6
1. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ
МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ………………………………………………………………….. 22

1.1 Анализ возможных вариантов электрических генераторов для
ветроэнергетических установок 23

1.1.1. Генератор постоянного тока ………………………………………………………………. 24

1.1.2. Асинхронный генератор ……………………………………………………………………. 25

1.1.3. Синхронный генератор………………………………………………………………………. 26

1.1.4. Асинхронизированный синхронный генератор
(машина двойного питания)………………………………………………………………………… 27

1.2 Конструктивные варианты исключения щёточного узла для
асинхронизированных синхронных генераторов 30

1.2.1. Установка бесщеточного возбудительного устройства ……………………….. 30

1.2.1.1. Конструкция бесщеточного возбудительного устройства на основе
обращённого синхронного генератора. ……………………………………………………….. 32

1.2.1.2. Конструкция бесщеточного возбудительного устройства на основе
асинхронизированного синхронного генератора …………………………………………. 33

1.2.2. Установка вращающегося трансформатора ………………………………………… 34

1.3. Использование аккумуляторной батареи для бесконтактного питания цепи
ротора асинхронизированного синхронного генератора ………………………………. 37

1.4. Структура проектной системы асинхронизированного синхронного
генератора ………………………………………………………………………………………………….. 41

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………… 43
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
РАСЧЕТА АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ЕГО ГЕОМЕТРИИ ……………………………………………………. 44

2.1. Разработка математической модели расчета максимальных габаритов
ротора при обеспечении отсутствия критических частот в рабочем диапазоне
скоростей вращения ……………………………………………………………………………………. 46

2.2. Разработка математической модели электромагнитного расчета
асинхронизированного синхронного генератора …………………………………………. 51

2.2.1. Входные параметры математической модели …………………………………….. 53

2.2.1.1. Константы ………………………………………………………………………………………. 53

2.2.1.2. Ограничения …………………………………………………………………………………… 54

2.2.1.3. Независимые переменные ……………………………………………………………….. 55

2.2.2. Выходные параметры математической модели …………………………………… 60

2.3. Уравнения связи элементов магнитопровода асинхронизированного
синхронного генератора и обобщённых переменных…………………………………… 61

2.4. Алгоритм математической модели расчета асинхронизированного
синхронного генератора ……………………………………………………………………………… 65

2.5. Блок-схема алгоритма расчета асинхронизированного синхронного
генератора ………………………………………………………………………………………………….. 75

2.6. Расчет выходных параметров и характеристик ……………………………………… 80

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………… 85

3. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
асинхронизированного синхронного генератора ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ
ПРОЕКТНЫХ СИТУАЦИЙ …………………………………………………………………………… 87
3.1. Постановка задачи однокритериальной оптимизации
асинхронизированного синхронного генератора …………………………………………. 88

3.2. Выбор метода оптимизации ………………………………………………………………….. 88

3.3. Определение уровней оптимизации ……………………………………………………… 90

3.3.1. Полная габаритная оптимизация ………………………………………………………… 91

3.3.2. Оптимизация при фиксированном наружном, внутреннем диаметрах и
наружной длине (в заданных габаритах) ……………………………………………………… 91

3.3.3. Габаритная оптимизация при фиксированном наружном диаметре …….. 92

3.3.4 Габаритная оптимизация при известном штампе…………………………………. 93

3.3.5. Поверочный расчет ……………………………………………………………………………. 93

3.4. Алгоритм выбора уровня оптимизации …………………………………………………. 94

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………… 95

4. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО И
ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО СИНХРОННОГО
ГЕНЕРАТОРА ………………………………………………………………………………………………. 96

4.1. Анализ электромагнитного состояния асинхронизированного синхронного
генератора в программной среде Ansys Electronics Desktop …………………………. 97

4.2. Анализ теплового состояния асинхронизированного синхронного
генератора посредством решения связанной задачи теплового и
вентиляционного расчёта в программной среде MATLAB SIMULINK ………. 112

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………. 128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 130

ОПРЕДЕЛЕНИЯ…………………………………………………………… …….133

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ………………………………………… …137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………. 139
Приложение А. Классификация ветроэнергетических установок по мощности и
конструктивному исполнению……………………………………………………………………… 158

Приложение Б. Конструкция асинхронной машины с фазным ротором ………… 159

Приложение В. Применение проектной системы при проектировании
асинхронизированного синхронного генератора для
ветроустановки 3,6 МВт. ……………………………………………………………………………… 160

Приложение Г. Обзор современных систем автоматизированного проектирования
……………………………………………………………………………………………………………………. 165

Приложение Д. Документы о внедрении результатов диссертационного
исследования в АО «Русские электрические двигатели» ………………………………. 172