RU2774117C1 - Inductor wind generator with integrated magnetic gear - Google Patents
Inductor wind generator with integrated magnetic gear Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774117C1 RU2774117C1 RU2021118809A RU2021118809A RU2774117C1 RU 2774117 C1 RU2774117 C1 RU 2774117C1 RU 2021118809 A RU2021118809 A RU 2021118809A RU 2021118809 A RU2021118809 A RU 2021118809A RU 2774117 C1 RU2774117 C1 RU 2774117C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- inductor
- stator
- wind
- frequency
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 claims description 7
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, применяемым в качестве генераторов в ветроустановках.The present invention relates to the field of electrical engineering, namely to electrical machines used as generators in wind turbines.
Наиболее близкими к заявляемой конструкции являются две.Closest to the claimed design are two.
Первая обсуждается в статье с названием «Improved Motor Intergrated Permanent Magnet Gear for Traction Applications)) [1], в которой рассматривается электрическая машина со встроенным магнитным редуктором, имеющая неподвижный статор частотно управляемого синхронного двигателя. Этот двигатель приводит во вращение быстроходный вал встроенного магнитного редуктора.The first is discussed in an article titled "Improved Motor Intergrated Permanent Magnet Gear for Traction Applications") [1], which considers an electric machine with an integrated magnetic gear, having a fixed stator of a frequency-controlled synchronous motor. This motor drives the high-speed shaft of the built-in magnetic gearbox.
Отличия этой конструкции от предлагаемой состоят в том, что, во-первых, она, имея похожие конструктивные элементы, является тихоходным регулируемым высокомоментным двигателем, а не генератором с регулируемым напряжением, во-вторых, магнитное поле в ней создается высокоэнергетическими постоянными магнитами. Применение таких магнитов сильно удорожает конструкцию. В нашей конструкции магниты отсутствуют.The differences between this design and the proposed one are that, firstly, having similar structural elements, it is a low-speed adjustable high-torque motor, and not a voltage-controlled generator, and secondly, the magnetic field in it is created by high-energy permanent magnets. The use of such magnets greatly increases the cost of the design. There are no magnets in our design.
Вторая конструкция, близкая к рассматриваемой, защищена патентом №2526540 (РФ) [2]. В ней представлен магнитный редуктор индукторного типа, предназначенный также для ветростанции, магнитное поле в котором создается катушкой постоянного тока. Задача этого редуктора обеспечивать постоянство скорости отдельного выносного (не встроенного в конструкцию редуктора) генератора при переменной скорости ветроколеса. Отличия этой конструкции от заявляемой состоят в том, что, во-первых, она имеет только один статорный сердечник с трехфазной обмоткой, во-вторых, в ней отсутствует по этой причине синхронный двигатель.The second design, close to the one under consideration, is protected by patent No. 2526540 (Russian Federation) [2]. It presents an inductor-type magnetic gearbox, also designed for a wind farm, the magnetic field in which is created by a DC coil. The task of this gearbox is to ensure the constancy of the speed of a separate remote (not built into the design of the gearbox) generator at a variable speed of the wind wheel. The differences between this design and the claimed one are that, firstly, it has only one stator core with a three-phase winding, and secondly, it does not have a synchronous motor for this reason.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что:The technical result of the invention is that:
1) индукторный генератор со встроенным магнитным редуктором в совокупности с системой управления позволяет поддерживать неизменными уровни напряжения и частоты на его выходных зажимах при переменной скорости ветроколеса;1) an inductor generator with a built-in magnetic reducer in combination with a control system makes it possible to maintain unchanged voltage and frequency levels at its output terminals at a variable speed of the wind wheel;
2) существенно снижается стоимость электрической машины, так как магнитное поле в ней создается без применения дорогостоящих высокоэнергетических постоянных магнитов.2) the cost of an electric machine is significantly reduced, since the magnetic field in it is created without the use of expensive high-energy permanent magnets.
Технический результат достигается за счет того, что модулятор магнитного редуктора, встроенного в индуктроный ветрогенератор, является тихоходным ротором, жестко присоединенным к валу ветроколеса, а между статорными пакетами располагается катушка с регулируемым постоянным током.The technical result is achieved due to the fact that the modulator of the magnetic gearbox built into the inductive wind generator is a low-speed rotor rigidly attached to the wind wheel shaft, and a coil with an adjustable direct current is located between the stator packs.
Наличие регулируемого синхронного двигателя в нашей конструкции обеспечивает стабилизацию режима собственной встроенной генераторной обмотки. Это отличие обеспечивает меньшие габариты, стоимостные показатели и компактность всей ветроустановки. Преимущество по сравнению с известными ветрогенераторами заключается в том, что он позволяет поддерживать неизменными уровни напряжения и частоты на его зажимах при переменной скорости ветроколеса.The presence of an adjustable synchronous motor in our design ensures the stabilization of the mode of its own built-in generator winding. This difference provides smaller dimensions, cost indicators and compactness of the entire wind turbine. The advantage over known wind turbines is that it allows you to maintain the same levels of voltage and frequency at its clamps at a variable speed of the wind wheel.
На фиг. 1 изображены продольный (а) и поперечный (б) разрезы индукторного ветрогенератора со встроенным магнитным редуктором.In FIG. 1 shows longitudinal (a) and transverse (b) sections of an inductor wind generator with a built-in magnetic gearbox.
Предлагаемый электрогенератор индукторного типа имеет два отдельных аксиально расположенных статорных сердечника с трехфазными обмотками на каждом.The proposed inductor-type electric generator has two separate axially arranged stator cores with three-phase windings on each.
Обмотка одного статора (левого на фиг. 1) имеет число пар полюсов ρ и подключена к регулируемому преобразователю частоты. Этот статор вместе со своим зубчатым ротором с числом зубцов Ζ1 образуют индукторный синхронный электродвигатель, который вращает другой зубчатый ротор, имея с ним общий вал, с большим числом зубцов Z2 индукторного электрогенератора со встроенным магнитным редуктором.The winding of one stator (left in Fig. 1) has the number of pairs of poles ρ and is connected to an adjustable frequency converter. This stator, together with its toothed rotor with the number of teeth Z 1 , form an inductor synchronous electric motor that rotates another toothed rotor, having a common shaft with it, with a large number of teeth Z 2 of an inductor electric generator with an integrated magnetic gearbox.
Обмотка статора (правого на фиг. 1) этого генератора подключается к внешней нагрузке и имеет малое число пар полюсов р1.The stator winding (right in Fig. 1) of this generator is connected to an external load and has a small number of pole pairs p 1 .
Модулятор магнитной трансмиссии является тихоходным ротором, который содержит Ζ=p1+Ζ2 шихтованных ферромагнитных стержней и имеет выходной вал, сочлененный с ветроколесом.The magnetic transmission modulator is a low-speed rotor, which contains z=p 1 + z 2 laminated ferromagnetic rods and has an output shaft articulated with the wind wheel.
В промежутке между указанными статорными сердечниками располагается катушка с постоянным током, являющаяся одним из источников магнитного поля.Between the said stator cores there is a coil with direct current, which is one of the sources of the magnetic field.
Униполярный магнитный поток, создаваемый этой катушкой, замыкается через корпус ветрогенератора, статорные и роторные сердечники и общий вал. Принцип работы предлагаемого ветрогенератора.The unipolar magnetic flux generated by this coil is closed through the wind turbine housing, stator and rotor cores and a common shaft. The principle of operation of the proposed wind generator.
Предлагаемая конструкция имеет сходство с двухстаторным классическим индукторным генератором, у которого обе 3-х фазные обмотки являются генераторными [3].The proposed design is similar to a two-stator classical inductor generator, in which both 3-phase windings are generator windings [3].
У рассматриваемого ветрогенератора 3-х фазные обмотки имеют разное число пар полюсов, причем одна работает в двигательном режиме, получая питание от регулируемого преобразователя частоты, другая является источником 3-х фазного напряжения с заданным уровнем амплитуды и частоты.In the considered wind generator, 3-phase windings have a different number of pairs of poles, and one operates in the motor mode, receiving power from an adjustable frequency converter, the other is a source of 3-phase voltage with a given level of amplitude and frequency.
Роторные шихтованные сердечники имеют разное число зубцов и общий вал при отсутствии его выходного конца вне подшипникового щита.Rotary laminated cores have a different number of teeth and a common shaft in the absence of its output end outside the bearing shield.
Главное отличие от классической конструкции - наличие модулятора магнитной трансмиссии, являющегося тихоходным ротором, сочленяемым с валом ветроколеса.The main difference from the classical design is the presence of a magnetic transmission modulator, which is a low-speed rotor articulated with the wind turbine shaft.
Обозначим: Ω1, Ω2 - соответственно скорости модулятора и общего вала роторов, ω - угловая частота выходного напряжения генератора. Тогда связь. между ними выражается базовым равенством [4]:Let's designate: Ω 1 , Ω 2 - speeds of the modulator and the common shaft of the rotors, respectively, ω - angular frequency of the generator output voltage. Then connection. between them is expressed by the basic equality [4]:
где Ζ - число стержней модулятора, Ζ2 - число зубцов ротора, имеющего общий воздушный зазор с модулятором. Причем:where z is the number of modulator rods, z 2 is the number of rotor teeth having a common air gap with the modulator. And:
где p1 - число пар полюсов генераторной обмотки статора.where p 1 is the number of pairs of poles of the stator generator winding.
Скорость вращения общего вала роторов Ω2 задается синхронным двигателем в соответствии с формулой:The rotation speed of the common shaft of rotors Ω 2 is set by a synchronous motor in accordance with the formula:
где ω1, Ζ1 - соответственно угловая частота тока обмотки статора двигателя и число зубцов ротора у этого двигателя.where ω 1 , Z 1 - respectively, the angular frequency of the current of the stator winding of the motor and the number of rotor teeth of this motor.
Если принять Ζ=19, Ζ2=16, тогда согласно формуле (2) получим p1=3.If we take z=19, z 2 =16, then according to formula (2) we get p 1 =3.
В соответствии с формулой (1) будем иметь при заданных частоте обмотки статора генератораIn accordance with formula (1), we will have at a given frequency of the generator stator winding
ω=2πƒ=2π⋅50=314 рад/секω=2πƒ=2π⋅50=314 rad/s
и скорости ветроколесаand wind turbine speed
Ω1=10 рад/сек требуемую скорость Ω2 ротора генератораΩ 1 \u003d 10 rad / s the required speed Ω 2 of the generator rotor
Примем число зубцов ротора двигателя Ζ1=6, тогда угловая частота тока статора двигателя ω1 в соответствии с формулой (3) будет равна для требуемой скорости Ω2:We take the number of teeth of the motor rotor Z 1 =6, then the angular frequency of the motor stator current ω 1 in accordance with formula (3) will be equal to the required speed Ω 2 :
ω1=Ζ1⋅Ω2=6⋅168,03=1008,2 рад/сек.ω 1 \u003d Z 1 ⋅Ω 2 \u003d 6 168.03 \u003d 1008.2 rad / s.
Это значение ω1 соответствует частоте тока статора двигателя:This value ω 1 corresponds to the motor stator current frequency:
Благодаря регулируемому двигателю и регулируемому постоянному току катушки возбуждения частота и напряжение генератора поддерживаются неизменными при переменой скорости ветроколеса, жестко сочлененного с модулятором.Thanks to the adjustable motor and the adjustable direct current of the excitation coil, the frequency and voltage of the generator are maintained unchanged with a change in the speed of the wind wheel rigidly articulated with the modulator.
Источники информацииSources of information
1. T.V. Frandsen, P.O. Rasmussen, К.К. Jensen. "Improved Motor Integrated Permanent Magnet Gear for Traction Applications", ECCE 2012, pp. 3332-3339.1.T.V. Frandsen, P.O. Rasmussen, K.K. Jensen. "Improved Motor Integrated Permanent Magnet Gear for Traction Applications", ECCE 2012, pp. 3332-3339.
2. Патент на изобретение №2526540 (РФ), МПК Н02K 16/02. Электромагнитный редуктор, заявл. 05.09.2013; опубл. 27.08.2014. Бюл. №24. Авторы: Афанасьев А.А, Чихняев В.А. Заявитель: Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова.2. Patent for invention No. 2526540 (RF), IPC H02K 16/02. Electromagnetic reducer, dec. 09/05/2013; publ. 08/27/2014. Bull. No. 24. Authors: Afanasiev A.A., Chikhnyaev V.A. Applicant: Chuvash State University. I.N. Ulyanov.
3. Альпер Н.Я., Терзян А.А. Индукторные генераторы. М.: Энергия, 1970. 192 с.3. Alper N.Ya., Terzyan A.A. inductor generators. M.: Energy, 1970. 192 p.
4. Афанасьев А.А. Аналитические и численные методы решения задач электромеханики на основе комплексного магнитного потенциала. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017. - 430 с.4. Afanasiev A.A. Analytical and numerical methods for solving problems of electromechanics based on the complex magnetic potential. Cheboksary: Chuvash Publishing House. un-ta, 2017. - 430 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774117C1 true RU2774117C1 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809510C1 (en) * | 2022-12-14 | 2023-12-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electric machine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2433301C2 (en) * | 2009-11-03 | 2011-11-10 | Константин Сергеевич Моренко | Double-rotor wind generator |
US8568098B2 (en) * | 2009-04-17 | 2013-10-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Pitch drive apparatus of wind generator and wind generator |
RU2526540C1 (en) * | 2013-09-05 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Electromagnetic gear |
RU2559028C1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-08-10 | Сергей Григорьевич Игнатьев | Slow-speed electric generator with permanent magnets |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8568098B2 (en) * | 2009-04-17 | 2013-10-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Pitch drive apparatus of wind generator and wind generator |
RU2433301C2 (en) * | 2009-11-03 | 2011-11-10 | Константин Сергеевич Моренко | Double-rotor wind generator |
RU2526540C1 (en) * | 2013-09-05 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Electromagnetic gear |
RU2559028C1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-08-10 | Сергей Григорьевич Игнатьев | Slow-speed electric generator with permanent magnets |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809510C1 (en) * | 2022-12-14 | 2023-12-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electric machine |
RU2818789C1 (en) * | 2023-03-21 | 2024-05-06 | Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" | Inductor-type valve motor with built-in magnetic reducer |
RU2822213C1 (en) * | 2023-10-27 | 2024-07-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electric machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AR078822A1 (en) | ROTOR FOR USE IN AN ELECTRIC MOTOR OR GENERATOR, AND ELECTRIC MOTOR AND GENERATOR WITH SUCH ROTOR | |
Liu et al. | A family of vernier permanent magnet machines utilizing an alternating rotor leakage flux blocking design | |
CN103199662B (en) | The composite excitation permanent magnet synchronous motor of third harmonic excitation | |
Li et al. | Influence of adjacent teeth magnet polarities on the performance of flux reversal permanent magnet machine | |
CN102904405B (en) | Birotor synchronous generator | |
KR20150114941A (en) | Electric machines | |
RU2774117C1 (en) | Inductor wind generator with integrated magnetic gear | |
Kouhshahi et al. | An axial flux-focusing magnetically geared motor | |
CN206149117U (en) | Harmonic self -excitation constant voltage mixed excitation permanent -magnet machine | |
Wang et al. | Design of a multi-power-terminals permanent magnet machine with magnetic field modulation | |
Zhao et al. | Investigation of a new hybrid excitation machine with auxiliary winding for energy recycling | |
CN104638860B (en) | Harmonic wave self-excitation combined magnetic pole AC exciter | |
RU175895U1 (en) | ELECTRIC MACHINE ANCHOR RING | |
WO2009051515A1 (en) | Synchronous electrical machine | |
CN103219847B (en) | A kind of composite excitation permanent magnet synchronous motor of brushless exciterless harmonic exitation | |
RU2541427C1 (en) | Terminal electric machine (versions) | |
Gao et al. | Winding layers and slot/pole combination in fractional slot/pole PMSM—Effects on motor performance | |
Alavijeh et al. | Design and optimization of a new dual-rotor Vernier machine for wind-turbine application | |
RU2787007C1 (en) | Low-speed valve engine of inductor type with built-in magnetic gearbox | |
Majidi et al. | Design and analysis of an interior continuous magnetic gear box using finite element method | |
RU2818789C1 (en) | Inductor-type valve motor with built-in magnetic reducer | |
PL242553B1 (en) | Electric generator with internal frequency converter | |
RU2771993C2 (en) | Electric machine with rotor created according to halbach scheme | |
RU2723297C1 (en) | Motor stator | |
CN106451914B (en) | A kind of Integral synchronous reluctance motor of multi-frequency |