RU145935U1

RU145935U1 - ELECTRIC GENERATOR FOR WIND POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU145935U1
Application number: RU2013159273/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Ачитаев
Original assignee: Андрей Александрович Ачитаев; Пчелинцев Антон Сергеевич
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2014-09-27
Also published as: WO2012169924A1

Abstract

Электрический генератор для ветроэнергетической установки, характеризующийся тем, что включает в себя внешний из шихтованного магнитопровода и внутренний статоры, последний из которых размещен внутри наружного и концентрически установлен по отношению к наружному статору, а также размещенный в зазоре между статорами кольцевой ротор, при этом на внешнем статоре полюса из анизотропной электротехнической стали с высоким коэффициентом магнитной проницаемости, имеющие косоугольную форму, выполнены явнополюсными и в них уложена трехфазная обмотка из меди, обмотка ротора выполнена короткозамкнутой алюминиевой и уложена в пазы магнитопровода с высокой магнитной проводимостью, внутренний статор служит магнитопроводом поля внешнего статора, а немагнитный зазор между внешним статором и ротором и ротором и внутренним статором составляет 3 мм.An electric generator for a wind power plant, characterized in that it includes an external laminated magnetic circuit and an internal stators, the last of which is located inside the external and concentrically installed with respect to the external stator, as well as an annular rotor located in the gap between the stators, while on the external stator poles made of anisotropic electrical steel with a high magnetic permeability coefficient, which have an oblique shape, are made salient-pole and they contain a three-phase copper winding, the rotor winding is made of short-circuited aluminum and is laid in the grooves of the magnetic circuit with high magnetic conductivity, the inner stator serves as a magnetic circuit of the external stator field, and the non-magnetic gap between the outer stator and the rotor and the rotor and the inner stator is 3 mm.

Description

Полезная модель относится к области ветроэнергетики, а именно к электрическим генераторам для ветроэнергетических установок, предназначенным для заряда аккумуляторной батареи и электропитания различных потребителей.The utility model relates to the field of wind energy, namely to electric generators for wind power plants, designed to charge the battery and power various consumers.

Ветроэнергетические установки преобразуют кинетическую энергию ветрового потока в другие виды энергии, и используются в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве в качестве автономного источника энергии. Как правило, такая установка содержит мачту, установленный на мачте, ветроколесо, закрепленное на валу, поворотное устройство для ориентирования на ветер, а также электрический генератор, содержащий статор и ротор. Так как ветровая нагрузка на ветроколесо имеет динамический неустановившийся характер, то электрический генератор постоянно работает в неравномерном режиме, приводящем к различному тепловому нагружению отдельных узлов этого генератора.Wind power plants convert the kinetic energy of the wind flow into other types of energy, and are used in industry, housing and communal services as an autonomous energy source. Typically, such an installation includes a mast mounted on the mast, a wind wheel mounted on the shaft, a rotary device for orienting in the wind, and an electric generator containing a stator and a rotor. Since the wind load on the wind wheel has a dynamic unsteady nature, the electric generator constantly operates in an uneven mode, leading to different thermal loading of individual nodes of this generator.

Например, известны применяемые в ветроэнергетических установках двигатели, например, серий AO 4A, АИР (Асинхронные двигатели серии 4A. Справочник. М. Энергоатомиздат, 1982, с. 502), охлаждение которых осуществляется по принципу машины с внутренней самовентиляцией. В такой конструкции машины вентилятор закреплен на валу вместе с ротором и вращение последнего приводит во вращение вентилятор.For example, there are known engines used in wind power plants, for example, the AO 4A, AIR series (Asynchronous motors of the 4A series. Handbook. M. Energoatomizdat, 1982, p. 502), which are cooled according to the principle of a machine with internal self-ventilation. In this design of the machine, the fan is mounted on the shaft together with the rotor and the rotation of the latter drives the fan.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, обдувает статор и ротор, охлаждая их поверхности. Подобная конструкция охлаждения машины обеспечивает снижение средней температуры машины, но в связи с тем, что вентилятор установлен только с одного торца машины, в основных частях машины (магнитопровод и обмотка статора, ротор) возникают градиенты температуры, что приводит к перегреву основных частей машины в отдельных точках.Air pumped by the fan blows around the stator and rotor, cooling their surfaces. Such a design of cooling the machine provides a decrease in the average temperature of the machine, but due to the fact that the fan is installed only from one end of the machine, temperature gradients occur in the main parts of the machine (magnetic circuit and stator winding, rotor), which leads to overheating of the main parts of the machine in separate points.

Кроме того, при использовании двигателей общепромышленного исполнения самой нагретой областью являются лобовые части обмоток. Охлаждение этих нагретых областей происходит за счет конвективного теплообмена между обмотками двигателя и движущимся относительно их в аксиальном направлении и по образующей окружности воздухом, нагнетаемым вентилятором.In addition, when using engines of general industrial performance, the most heated area is the frontal parts of the windings. The cooling of these heated areas occurs due to convective heat transfer between the motor windings and the axially moving relative to them circumferentially air circulated by the fan.

В случае использования асинхронного двигателя с массивным ротором, когда самой нагретой областью (ротором) и воздухом незначителен, так как вентилятор, насаженный на вал ротора, и ротор вращаются с одинаковой угловой скоростью. Из-за разной температуры основных узлов машины (ротор обмотка и магнитопровод статора) в аксиальном направлении возникают градиенты температуры, что отрицательно сказывается на электромагнитных нагрузках и, как следствие, ухудшаются рабочие и энергетические характеристики машины.In the case of using an induction motor with a massive rotor, when the most heated area (rotor) and air are insignificant, since the fan mounted on the rotor shaft and the rotor rotate at the same angular speed. Due to the different temperatures of the main components of the machine (rotor winding and stator magnetic circuit), temperature gradients occur in the axial direction, which negatively affects electromagnetic loads and, as a result, the operating and energy characteristics of the machine are deteriorated.

Часто в практике с учетом условий компановки встречаются одно- и двухстаторные торцовые (плоские) двигатели (к примеру, двигатели серии АДПО, (Игнатов В.А. Вильданов К.Я. Торцовые асинхронные электродвигатели интегрального изготовления, М. Энергоатомиздат, 1988, стр. 301), принято за прототип. В таких двигателях на валу со стороны нерабочих торцовых поверхностей статоров расположены два вентилятора охлаждения. Вращаясь, они нагнетают с двух сторон воздух.Often, in practice, taking into account the conditions of the arrangement, one- and two-stator mechanical (flat) motors (for example, ADPO series engines, (Ignatov V.A. Vildanov K.Ya.) Mechanical induction face electric motors, M. Energoatomizdat, 1988, p. 301), taken as a prototype.In such engines, two cooling fans are located on the shaft from the side of the inactive end surfaces of the stators.Rotating, they blow air from both sides.

При такой конструкции двигателя хладагент проходит в полом пространстве статора (между внутренним диаметром статора и валом), в котором и вращается вал двигателя, и через вентиляционные отверстия в роторе. Применение такой конструкции охлаждения, в том числе и в двигателе с массивным ротором-диском, позволяет снизить среднюю температуру основных частей машины. В то же время подобная конструкция имеет ряд недостатков.With this design of the engine, the refrigerant passes in the hollow space of the stator (between the inner diameter of the stator and the shaft), in which the motor shaft rotates, and through the ventilation holes in the rotor. The use of such a cooling design, including in an engine with a massive rotor-disk, can reduce the average temperature of the main parts of the machine. At the same time, such a design has several disadvantages.

При выполнении двигателя в двухстаторном варианте, когда вращение на общий вал передается от двух роторов, необходимо, чтобы эти роторы вращались синхронно. В связи с тем, что из-за некоторых конструктивных или технологических допусков роторы могут иметь разные температуры, оказывающие влияние на их теплотехнические параметры и, как следствие, на их электромагнитные параметры и, как следствие, на режим работы каждой пары статор-ротор, угловые скорости вращения роторов могут отличаться, что крайне недопустимо, т.е. кроме обеспечения чисто механической инвариантности двух пар статор-ротор указанная конструкция не обеспечивает равенство температур роторов-дисков.When the engine is in the two-stator version, when the rotation on the common shaft is transmitted from two rotors, it is necessary that these rotors rotate synchronously. Due to the fact that, due to some design or technological tolerances, the rotors can have different temperatures that affect their thermotechnical parameters and, as a result, their electromagnetic parameters and, as a result, the operation mode of each stator-rotor pair, angular rotor speeds may vary, which is extremely unacceptable, i.e. in addition to ensuring the purely mechanical invariance of two stator-rotor pairs, this design does not ensure equal temperatures of the rotor disks.

Кроме того, не предусмотрены конструктивные решения, позволяющие снизить среднюю температуру роторов и обеспечить равномерность их нагрева, что, в конечном итоге, должно привести к увеличению жесткости механической характеристики из-за понижения активного сопротивления ротора-диска. Расположение в одном двигателе двух вентиляторов приводит к повышению массогабаритных и стоимостных показателей машины и к увеличению механических потерь (потери на вентиляцию).In addition, there are no design solutions that can reduce the average temperature of the rotors and ensure uniform heating, which, ultimately, should lead to an increase in the rigidity of the mechanical characteristic due to a decrease in the active resistance of the rotor-disk. The location of two fans in one engine leads to an increase in the overall dimensions and cost parameters of the machine and to an increase in mechanical losses (ventilation losses).

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в уменьшении габаритов, массы и стоимости электрического генератора и расширении рабочего диапазона скоростей ветра, начиная от 2,0 м/с, что приводит к уменьшению разброса теплового нагружения отдельных узлов генератора.This utility model is aimed at achieving a technical result consisting in reducing the dimensions, mass and cost of an electric generator and expanding the operating range of wind speeds, starting from 2.0 m / s, which leads to a decrease in the spread of thermal loading of individual nodes of the generator.

Указанный технический результат достигается тем, что электрический генератор для ветроэнергетической установки содержит внешний из шихтованного магнитопровода и внутренний статоры, последний из которых размещен внутри наружного и концентрически установлен по отношению к наружному статору, а так же размещенный в зазоре между статорами кольцевой ротор, при этом на внешнем статоре полюса из анизотропной электротехнической стали с высоким коэффициентом магнитной проницаемости, имеющие косоугольную форму, выполнены явнополюсными и в них уложена трехфазная обмотка из меди, обмотка ротора выполнена короткозамкнутой и уложена в пазы магнитопровода с высокой магнитной проводимостью, внутренний статор служит магнитопроводом поля внешнего статора, а немагнитный зазор между внешним статором и ротором и ротором и внутренним статором составляет 3 мм.The specified technical result is achieved by the fact that the electric generator for a wind power installation contains an external laden magnetic circuit and internal stators, the last of which is placed inside the outer and concentrically mounted with respect to the external stator, as well as an annular rotor located in the gap between the stators, while an external stator pole made of anisotropic electrical steel with a high coefficient of magnetic permeability, having an oblique shape, made explicitly and in x stacked three-phase winding of copper, the rotor winding is short-circuited and laid into the grooves of the magnetic circuit with high magnetic conductivity, the inner stator yoke serves as the external field of the stator and non-magnetic gap between the outer stator and the rotor, the rotor and the inner stator is 3 mm.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.This useful model is illustrated by specific examples of execution, which, however, are not the only possible ones, but clearly demonstrate the possibility of achieving the desired technical result.

На фиг. 1 - представлен поперечный разрез электрической машины, применяемой в качестве генератора ветроэнергетической установки.In FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric machine used as a generator of a wind power installation.

В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция генератора, в конструкции ротора которого снижена масса, поэтому момент инерции и статический моменты в результате чего снижаются и улучшаются кинетические параметры, устойчивость к вибрациям и температурным перепадам за счет двухстороннего продольно поперечного охлаждения ротора (фиг. 1).In the framework of this utility model, the design of the generator is considered, in the rotor design of which the mass is reduced, therefore, the moment of inertia and static moments as a result of which the kinetic parameters, resistance to vibrations and temperature differences due to bilateral longitudinal transverse cooling of the rotor are reduced and improved (Fig. 1).

Согласно полезной модели генератор имеет внешний и внутренний статоры, последний из которых размещен внутри наружного и концентрически установлен по отношению к наружному статору, а так же размещенный в зазоре между статорами кольцевой ротор.According to a utility model, the generator has external and internal stators, the last of which is placed inside the outer and concentrically mounted with respect to the external stator, as well as an annular rotor located in the gap between the stators.

Внешний статор 1 выполнен из шихтованного магнитопровода с высоким коэффициентом магнитной проницаемости в соответствии с ГОСТ 21427.1-83. Обмотки 2 из меди выполнены с большим числом витков (w=300), которые создают намагничивающую силу, вследствие этого она является машиной электрического возбуждения. На внешнем статоре 1 полюса 3 выполнены явнополюсными, в которых уложена трехфазная обмотка 2. Полюс 3 выполнен из анизотропной электротехнической стали по ГОСТ 21427.1-83 и имеет косоугольную форму, обеспечивая при этом малый пусковой момент. Обмотка 4 ротора 5 короткозамкнутая алюминиевая, которая уложена в пазы магнитопровода с высокой магнитной проводимостью по ГОСТ 21427.2-83 для создания требуемой интенсивности магнитного поля с низким потоком возбуждения. Внутренний статор 6 служит магнитопроводом поля внешнего статора ГОСТ 21427.1-83. Немагнитный зазор между внешним статором и ротором и ротором и внутренним статором составляет 3 мм.The external stator 1 is made of a charged magnetic core with a high coefficient of magnetic permeability in accordance with GOST 21427.1-83. The copper windings 2 are made with a large number of turns (w = 300), which create a magnetizing force, as a result of which it is an electric excitation machine. On the external stator 1, the poles 3 are made explicitly polarized, in which the three-phase winding 2 is laid. The pole 3 is made of anisotropic electrical steel according to GOST 21427.1-83 and has an oblique shape, while providing a small starting torque. The winding 4 of rotor 5 is short-circuited aluminum, which is laid in the grooves of the magnetic circuit with high magnetic conductivity in accordance with GOST 21427.2-83 to create the required magnetic field intensity with a low excitation flux. The inner stator 6 serves as the magnetic circuit of the field of the external stator GOST 21427.1-83. The non-magnetic gap between the external stator and the rotor and the rotor and the internal stator is 3 mm.

Таким образом, за счет конструктивных особенностей исполнения двухстаторной машины обеспечивается возможность повысить устойчивость к вибрациям и температурным перепадам за счет двухстороннего продольно поперечного охлаждения ротора.Thus, due to the design features of the two-stator machine, it is possible to increase resistance to vibrations and temperature extremes due to two-sided longitudinally transverse cooling of the rotor.

Настоящая полезная модель промышленно применима, может быть реализована с применением известных технологий, используемых при производстве электрических машин.This utility model is industrially applicable, can be implemented using well-known technologies used in the manufacture of electrical machines.

Claims

An electric generator for a wind power installation, characterized in that it includes an external laden magnetic core and internal stators, the last of which is placed inside the outer and concentrically mounted with respect to the external stator, as well as an annular rotor located in the gap between the stators, while on the external the stator of the pole is made of anisotropic electrical steel with a high coefficient of magnetic permeability, having an oblique shape, made explicitly polarized and laid in them three-phase I am a copper winding, the rotor winding is made of short-circuited aluminum and laid in the grooves of the magnetic circuit with high magnetic conductivity, the internal stator serves as the magnetic circuit of the field of the external stator, and the non-magnetic gap between the external stator and rotor and rotor and internal stator is 3 mm.