СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР СО ВСТРОЕННЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ МОМЕНТА ДЛЯ ВЕТРОАГРЕГАТА АРКТИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ

В России наиболее экономически перспективно развивать ветроэнергетику в изолированных районах в связи с высокой стоимостью электроэнергии, получаемой от дизельных электростанций. Многие из труднодоступных и не подключенных к центральной энергосистеме районов находятся в районах с экстремальными погодными условиями. Ветроагрегаты для таких условий должны обладать повышенной надёжностью, стойкостью к низким температурам и не требовать частого регламентного обслуживания. Наиболее полно указанным требованиям советуют системы прямого привода, в которых исключен один и ключевых элементов ненадёжности — зубчатый мультипликатор. В связи с низкой частотой вращения ветроколеса, подключенного непосредственно к валу генератора прямого привода, габариты, масса и стоимость последнего резко возрастают по сравнению с редукторными системами. В исследовании предложен иной подход в передачи механической мощности от ветроколеса к валу генератора — встраивание в магнитную систему генератора магнитного трансформатора момента. Выполненные расчёты показали значительное превосходство по удельным стоимостным показателям над традиционным синхронным генератором с возбуждением от постоянных магнитов. Оптимальным решением для рассматриваемой конструкции синхронного генератора со встроенным трансформатором момента являются неодимовые постоянные магниты. Проведенное динамическое моделирование показало, что толщины постоянных магнитов ротора 5 мм и статора 4 мм являются достаточными с точки зрения запаса по размагничиванию в номинальном режиме работы и при наиболее опасном однофазном коротком замыкании. При данных толщинах допустимо использовать марки постоянных магнитов с суффиксом EH. По результатам моделирования удельный момент составил 145 кН∙м/м3, удельная стоимость составила 200 $/кН∙м, что превышает аналогичный параметр для генератора прямого привода в 2,2 и 1,4 раз. В результате выполненное исследования разработана методика проектирования синхронного генератора со встроенным трансформатором момента, а также созданы универсальные математические модели, дающие возможность эффективно проводить оптимизацию магнитной системы. Разработанные модели и методики впервые позволили получить данные о предельных техническо-экономических характеристиках электрической машины со встроенным трансформатором момента. Результаты моделирования показали, что использование предложенного решения позволяет получить более высокие удельные характеристики момента по сравнению с системой прямого привода при сохранении высокого уровня надёжности за счёт отказа от мультипликатора. Чистый доход за время реализации проекта составит 4 637 997 рублей. Учитывая всё это, можно сказать, что проект является реализуемым и эффективным.