1463

го домика, на предприятиях, в горных районах и других местах.

Рассмотрим еще один тип вихревой ветроустановки. Данная вихревая ветроустановка рис. 2.2.47. содержит корпус, вытяжное устройство, направляющие аппараты, каждый из которых выполнен в виде, по крайней мере, двух коаксиально установленных в корпусе полых элементов усеченных гиперболоидов в форме вращения с разделяющими вертикальными перегородками, изогнутыми по оси спирали, и ветроколеса, выполненного в форме тела вращения с жесткими профилированными лопастями установленного над цилиндрическими каналами, образованными внутренними торцами вертикальных профилированных перегородок аппарата. Радиусы вытяжных цилиндрических каналов каждой пары соседних направляющих аппаратов выбираются в соответствии с установленной зависимостью, при использовании которой снижаются потери энергии воздушного потока внутри ветроустановки. Ветроустановка может содержать автоматическую систему управления с помощью которой производится регулирование размеров проходных сечений каналов направляющих аппаратов, а соответственно, и числа оборотов ротора электрогенератора.

"Вихревой эффект", или эффект Ранка [44], проявляется в закрученном потоке вязкой сжимаемой жидкости или газа и реализуется в очень простом устройстве, называемом вихревой трубой. Приосевые слои закрученного потока охлаждаются, а периферийные - нагреваются. Преобразование свободного вихря в вынужденный вихрь осуществляется в вихревой трубе, очевидно, за счет вязкости и теплопроводности спирально двигающегося газового потока [45].

В настоящее время разработаны различные конструкции ветроустановок, принцип работы которых основан на использовании вихревого эффекта. Так, например, известны вихревые ветроустановки [46, 47, 48], в которых эффективно используется энергия ветра. Набегающий поток воздуха даже при небольшой силе ветра преобразуется с помо-

61

щью профилированных входных каналов, образованных спиралеобразными направляющими перегородками, закручивается и ускоряется. Таким образом, кинетическая энергия воздушного потока преобразуется в энергию вихря, которая, в свою очередь, преобразуется при помощи ветроколеса в механическую, а затем в электрическую энергию. Наибольшая эффективность преобразования воздушных потоков в вихреобразные закрученные потоки достигается при реализации известных способов [49, 50,] формирования закрученных потоков, которое характеризуются профилированием по определенной зависимости криволинейных направляющих, определяющих форму входных каналов ветроустановки.

Наиболее близким аналогом данной вихревой ветроустановки известная ветроустановка [52], которая содержит вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, выполненный в виде нескольких со- осно-расположенных полых элементов в форме усеченных гиперболоидов вращения с вертикальными спиралеобразными перегородками, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, и вытяжное приспособление.

Однако данный аналог не обеспечивает достаточно полного преобразования энергии ветра вдоль всей высоты вытяжной башни. Это обусловлено тем, что при увеличении высоты направляющего аппарата и, соответственно, количества входных кольцеобразных каналов направляющего аппарата увеличиваются потери энергии закрученного воздушного потока но внутреннем объеме вытяжной башни из-за увеличения расстояния от преобразователя энергии (ветроколеса) до наиболее удаленных от него входных каналов.

Данное сравнение производится для решение технической задачи, связанной со снижением потерь энергии закрученного воздушного потока по всей высоте вытяжной башни и с возможностью увеличения площадей воздухозаборных устройств за счет модульного их размещения по высоте - для

62

более полного использования энергии воздушного потока. Решение данной задачи обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в увеличении энергетической эффективности вихревой ветроустановки и возможности работы от слабого ветра и восходящих тепловых потоков.

На Рис. 2.2.47. изображен направляющий аппарат ветроустановки в разрезе; на Рис. 2.2.48. и 2.2.49. изображены поперечные разрезы направляющего аппарата; на Рис. 2.2.50. изображен вид снизу на ветроколесо; на Рис. 2.2.51. изображен вид сверху на вытяжное устройство ветроустановки; на Рис. 2.2.52. изображено вытяжное устройство, выполненное в виде аэродинамического ускорителя; на Рис. 2.2.53. изображена схема вихревой ветроустановки.

63

3.1.ОСНОВНАЯ МОДЕЛЬ

3.2.ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ

3.3.ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

3.4.ИНДУКТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

3.4.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИНЦИП КЛАССИФИКАЦИИ ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

3.4.2.ГЕНЕРАТОРЫ С ПОСТОЯННЫМ ПОТО-

КОМ ЗУБЦА РОТОРА

3.4.2.1ОДНОИМЁННОПОЛЮСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

3.4.2.2РАЗНОИМЁННОПОЛЮС-

НЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

3.4.3.ГЕНЕРАТОРЫ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ ПОТОКОМ ЗУБЦА РОТОРА

3.4.3.1.РАЗНОИМЁННОПОЛЮСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

64

3.4.3.2. ОДНОИМЁННОПОЛЮСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

3.4.4.СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИСПОЛНЕНИЯ ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

3.4.5.КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕ-

МЕННОГО ТОКА

3.5КОНСТРУКТОРСКОЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

3.5.1.ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3.5.2.ВЫБОР ТИПА ГЕНЕРАТОРА

3.5.3.МАШИННАЯ ПОСТОЯННАЯ

3.5.4.ВЫБОР ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК

3.5.5.ОПТИМАЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ

3.5.6.ПРИМЕР РАСЧЁТА ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ ПОТОКОМ

65

3.5.6.1.ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА

3.5.6.2.РАСЧЁТ НОМИНАЛЬНОГО РЕЖИМА

Рассматриваются главные элементы основной электромеханической модели электромагнитного преобразователя, используемого в ветроэнергетической установке, приводится эквивалентные схемы электромагнитного преобразователя не имеющего рассеяния и магнитных потерь и при наличии рассеяния и магнитных потерь. Представлены некоторые конструкции ветроэнергетических установок.

Приводятся сведения о принципе действия индукторных генераторов, приведѐн принцип классификации индукторных генераторов, рассматриваются основные конструктивные исполнения индукторных генераторов, дана их сравнительная характеристика. Рассмотрена конструкция основных генераторов переменного тока, используемых в автотракторной промышленности, которые могут быть использованы в составе ветроэнергетической установки.

Рассматриваются вопросы проектирования индукторных генераторов, приводятся рекомендации по выбору типа генератора, конфигурации зубцовой зоны, электромагнитных нагрузок и некоторых коэффициентов, необходимых для расчѐта индукторной машины. Даны рекомендации по оптимальному проектированию индукторных генераторов. Представлена методика расчѐта характеристики холостого хода и номинального режима индукторного генератора с пульсирующим потоком зубца ротора.

Цель главы – изложение основ технического проектирования ветроэнергетических установок, ознакомление с основной электромеханической моделью электромагнитного преобразователя, используемого в ветроэнергетической установке и эквивалентными схемами электромагнитного преобразователя не

66

имеющего рассеяния и магнитных потерь и при наличии рассеяния и магнитных потерь.

–ознакомление с принципом действия индукторных генераторов, их классификацией, основными конструктивными исполнениями, сравнительной характеристикой основных типов индукторных генераторов.

–ознакомление с вопросами проектирования индукторных генераторов и методикой расчѐта индукторного генератора с пульсирующим потоком зубца ротора.

67

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Главные элементы основной электромеханической модели электромагнитного преобразователя, используемого в ветроэнергетической установки.

Эквивалентную схему электромагнитного преобразователя не имеющего рассеяния и магнитных потерь.

Как определяется комплексная величина связи в электромеханического преобразователя с помощью методов теории четырѐхполюсников.

Конструкцию ветроагрегата Д-4. Конструкцию ветроагрегата АВЭУ-5.

Конструктивную схему ветроэнергетической установки с ярусным расположением модулей и буревой защитой.

Принцип действия ветроэнергетической установки с ярусным расположением модулей и буревой защитой.

Конструкцию ветроагрегатов, защищѐнных от атмосферных воздействий

Принцип действия индукторного генератора. Классификацию индукторных генераторов. Конструкцию одноимѐннополюсного генератора. Конструкцию разноимѐннополюсного генератора. Достоинства и недостатки одноимѐнно- и разноимѐн-

нополюсных генераторов.

Конструкцию автомобильных генераторов переменного

тока

Почему автомобильные генераторы наиболее перспективны для применения в составе ветроэнергетических установок

Что является главным критерием при выборе типа индукторного генератора.

На что влияет величина раскрытия паза в индукторных генераторах .

68

Что должно учитываться при выборе оптимальной зубцовой зоны индукторного генератора.

Для чего в индукторных генераторах следует выбирать по возможности выше индукции в зазоре Вδ и меньше линейную нагрузку А.

Что обеспечивает и наибольшую величину основной рабочей гармоники индукции.

Какое влияние на характеристики индукторных генераторов оказывают кривой высшие гармоники магнитного поля.

С чем связан выбор числа зубцов, охваченных катуш-

кой.

К чему приводит увеличение высоты зубца ротора (и статора для машин с пульсирующим потоком).

Как влияет насыщение зубцов на кривую распределения магнитного поля в воздушном зазоре индукторного генератора.

69

3.1. ОСНОВНАЯ МОДЕЛЬ

Основная электромеханическая модель включает в себя магнитопровод с зазором и подвижной частью, источник поля и катушку.

Рис. 3.1. Модель электромагнитного преобразователя