электрогенератора для ветроустановки, на 5 кВт Опции

[Владимир_2010]

Надо произвести предварительный выбор и расчет конструкции электрогенератора для ветроустановки. Мощность должна быть 5кВт, на выходе с инвертора переменка трехфазное, скорость ветротурбины колеблется в диапазоне 60-180 об/мин. Нечто подобное уже есть на 1кВт с системой управления, преобразователями-инверторами, аккумуляторами и т.д., но не устраивает следующее:
1. То что напряжение с генератора колеблется в большом диапазоне (3-3.5 раза) в зависимости от скорости ветра
2. Далее постоянный ток преобразовывается в постоянный, с помощью преобразователя бустерного типа. В случае если на этом преобразователе напряжение колеблется в большом диапазоне, то большие потери.

Основные требования: привод должен быть безредукторный и на роторе не должно быть никаких щеток/колец/коллектора. В принципе можно посадить на ротор постоянные магниты - но это удорожание проекта и это надо обосновывать. Ну и мне лично не нравиться постоянным магниты, так как их надо как-то крепить и мне все время кажется что они через X лет отваляться или еще что-нибудь - потом мне будет стыдно. Или например будет мороз -50 градусов и магниты изменят свои свойства или треснут.

Хорошо то, что ограничений на габариты электрогенератора нет.

Возникают следующие идеи, только вот не знаю с какой начать, что считать вначале и в каком направлении двигаться:
1. Почитал я буржуазные статейки, на ветряки они сейчас ставят вентильные двигатели. В принципе вентильные двигатели я уже считал, но: что делать со скоростью (напряжением/током), которая колеблется в большом диапазоне. Высказывается мысль о том чтобы разместить на статоре две обмотки: обмотка генераторная и обмотка возбуждения, для регулировки магнитного потока в зазоре. Т.е. хочется что бы на генераторной обмотке не было таких скачков. Но какую именно конструкцию выбрать и что считать непонятно...
2. Сделать большой ротор, а статором поставить несколько дугостаторных асинхронных двигателей/генераторов (по сути если ротор будет метра два то дугостаторный двигатель превратиться линейный двигатель/генератор). Нечто подобное уже делали для ветряка на 2кВт (полый ротор был 2 метра диаметром и весил килограмм 12ть + 6ть линейных асинхронных двигателей по периметру) - в эксперименте двигатель/генератор работал и выдавал на нужной скорости нужную мощность, но так как систему управления, инверторы и т.д. делали другие люди + еще какие то проблемы - то вроде бы все было брошено недоделанным и в производство не пошло.
В дугостаторном/линейном двигателе мне не нравиться то что у него разомкнутый магнитопровод, следовательно низкий электрический КПД и низкий коэффициент мощности.
3. То же самое что и пункт 2, но вместо переменного тока, сделать линейный/дугостаторный вентильный генератор. Правда что там будет с КПД я еще не чувствую - но думаю что гораздо лучше чем на переменном токе.
4. Вообще то мне нравиться конструкция вентильно-индукторного реактивного двигателя (можно даже рассмотреть вариант двигателя с внешним ротором) с электромагнитной редукцией момента (много зубчиков на каждом полюсе). Основные конструкции-картинки можно посмотреть, например, здесь _http://www.kaskod.ru/produkt/motorsrm/srm_article02/. Конструкция, которая мне нравиться, на рисунке называется "моментный с внутренним ротором". Все просто в конструкции и следовательно надежно, нет постоянных магнитов, большие моменты на низких оборотах. Но опять же как стабилизировать напряжение/ток на обмотке генератора при колебаниях скорости.
Я предлагал коллегам не запариваться со сложными конструкциями двигателей/генераторов, остановиться на вентильном генераторе и поконопать в области преобразовательной техники и попытаться найти схему преобразователь (DC-DC или АС/DC), у которого КПД будет на так сильно зависеть от выходного напряжения/тока генератора. Но мне отвечают так - что схемы все изобретены и известны уже давным-давно и что проблему с КПД преобразователя и у всей установки таким образом не удастся решить и что надо думать о конструкции электрогенератора...
Думаю еще вот что: так как нет ограничения по габаритам, может в конструкцию вентильного двигателя заложить дискретное регулирование в зависимости от скорости ветра. Если скорость w1, то в двигателе включается N1 полюсов (или N1 секций), если скорость w2, то в фазе двигателя включается N2 полюсов и т.д. Тем самым на генераторной обмотке не будет такого колебания напряжения/тока (3-3.5 раза). Или та же самая идея и вариант №3 (дугостаторный/линейный вентильный генератор) - меняться скорость, меняется число включенных секций/генераторов.
5. любые другие варианты

Подскажите в каком направлении копать и о чем мечтать, т.е. куда смотреть и какую конструкцию в первую очередь считать
Спасибо.

p.s. Моя специализация - это математическое моделирование и расчет на основе метода конечных элементов (Ансис, Comsol и т.д.). Также свободно владею матлабом, симулинком (в том числе и симповерсистемс). Если надо для более глубокого понимания схем могу освоить Оркад. Но думаю что симповерсистемс вполне достаточно. Слабость - то что руки крюки и железяки я только рассчитываю и отвечаю за то что бы расчет сошелся с экспериментом, но от меня другого никогда и не требовалось. А тут же для выбора направления движения надо в голове держать и желательно понимать всю систему в целом: механическая часть ветротурбины, электрогенератор, преобразователи-инверторы, акумуляторная батарея, система управления, резервный дизель-генератор и т.д.

Сообщение отредактировал Владимир_2010 - Jun 21 2010, 13:13

[Владимир_2010]

Отказался от идеи вентильного двигателя-генератора, т.к. заказчик и коллеги-советчики хотят что бы было возможно так: крутишь ротор а на фазах напряжение без всякого внешнего источника энергии. А это значит что надо постоянные магниты...Естественно считать-проектировать тривиальную и истоптанную конструкцию не интересно, поэтому разместил постоянные магниты на статор. В зарубежной литературе такие машины называться Stator-Permanent Magnet Brushless Machines. Двигатель насчитал тихоходный, 3х фазный на скорости вращения ротора 180 об/мин (по техзаданию это максимальная скорость вращения ветротурбины) получается синусоида с частотой 30 Гц. Диаметр статора заложил пока что 260 мм - но можно и поиграться и поварьировать. Число зубцов на роторе 10, ротор из железяки без всяких щеток и постоянных магнитов, число зубцов на статоре 12ть. Конструкцию пока что не оптимизировал, но можно будет сделать на роторе 20ть зубцов, а на статоре 24 и получить на 180 об/мин 60 Гц. Хочу сравнить лоб в лоб (масса меди, железа, масса постоянных магнитов, габариты, число пазов, сложность конструкции-изготовления, ориентировочная цена изделия, КПД и т.д.) эту конструкцию с: 1. с синхронным генератором с постоянными магнитами на 5 кВт 2. с синхронным генератором с обмоткой возбуждения на роторе на 5 кВт 3. с вентильным генератором-двигателем с постоянными магнитами на статоре на ту же мощность Если конструкция Stator-Permanent Magnet Brushless Machines так хороша как кажется, то посчитаю еще все поподробней, проверю на лженауку, оптимизирую конструкцию по потерям, минимизирую пульсации (зубцовые гармоники), произведу тепловой и вентиляционный расчет и буду думать, как сделать экспериментальный образец. Никак не могу найти подробные данные на генераторы этой мощности (5 кВт) - в основном максимум что удается найти это основные габариты и мощность.

Сообщение отредактировал Владимир_2010 - Jul 11 2010, 17:14

[Microwatt]

..Естественно считать-проектировать тривиальную и истоптанную конструкцию не интересно, поэтому разместил постоянные магниты на статор. . Двигатель насчитал тихоходный,

Дык если чисто для интересу, то надо было насчитать вообще стоячий на месте.
Это ж не изготовить или купить тривиальное!