Проектирование и анализ асинхронизированного синхронного генератора для ветроэнергетических установок большой мощности : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.09.01

📅 2021 год
Котов, А. А.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………6
1. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ
МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ………………………………………………………………….. 22

1.1 Анализ возможных вариантов электрических генераторов для
ветроэнергетических установок 23

1.1.1. Генератор постоянного тока ………………………………………………………………. 24

1.1.2. Асинхронный генератор ……………………………………………………………………. 25

1.1.3. Синхронный генератор………………………………………………………………………. 26

1.1.4. Асинхронизированный синхронный генератор
(машина двойного питания)………………………………………………………………………… 27

1.2 Конструктивные варианты исключения щёточного узла для
асинхронизированных синхронных генераторов 30

1.2.1. Установка бесщеточного возбудительного устройства ……………………….. 30

1.2.1.1. Конструкция бесщеточного возбудительного устройства на основе
обращённого синхронного генератора. ……………………………………………………….. 32

1.2.1.2. Конструкция бесщеточного возбудительного устройства на основе
асинхронизированного синхронного генератора …………………………………………. 33

1.2.2. Установка вращающегося трансформатора ………………………………………… 34

1.3. Использование аккумуляторной батареи для бесконтактного питания цепи
ротора асинхронизированного синхронного генератора ………………………………. 37

1.4. Структура проектной системы асинхронизированного синхронного
генератора ………………………………………………………………………………………………….. 41

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………… 43
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
РАСЧЕТА АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ЕГО ГЕОМЕТРИИ ……………………………………………………. 44

2.1. Разработка математической модели расчета максимальных габаритов
ротора при обеспечении отсутствия критических частот в рабочем диапазоне
скоростей вращения ……………………………………………………………………………………. 46

2.2. Разработка математической модели электромагнитного расчета
асинхронизированного синхронного генератора …………………………………………. 51

2.2.1. Входные параметры математической модели …………………………………….. 53

2.2.1.1. Константы ………………………………………………………………………………………. 53

2.2.1.2. Ограничения …………………………………………………………………………………… 54

2.2.1.3. Независимые переменные ……………………………………………………………….. 55

2.2.2. Выходные параметры математической модели …………………………………… 60

2.3. Уравнения связи элементов магнитопровода асинхронизированного
синхронного генератора и обобщённых переменных…………………………………… 61

2.4. Алгоритм математической модели расчета асинхронизированного
синхронного генератора ……………………………………………………………………………… 65

2.5. Блок-схема алгоритма расчета асинхронизированного синхронного
генератора ………………………………………………………………………………………………….. 75

2.6. Расчет выходных параметров и характеристик ……………………………………… 80

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………… 85

3. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
асинхронизированного синхронного генератора ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ
ПРОЕКТНЫХ СИТУАЦИЙ …………………………………………………………………………… 87
3.1. Постановка задачи однокритериальной оптимизации
асинхронизированного синхронного генератора …………………………………………. 88

3.2. Выбор метода оптимизации ………………………………………………………………….. 88

3.3. Определение уровней оптимизации ……………………………………………………… 90

3.3.1. Полная габаритная оптимизация ………………………………………………………… 91

3.3.2. Оптимизация при фиксированном наружном, внутреннем диаметрах и
наружной длине (в заданных габаритах) ……………………………………………………… 91

3.3.3. Габаритная оптимизация при фиксированном наружном диаметре …….. 92

3.3.4 Габаритная оптимизация при известном штампе…………………………………. 93

3.3.5. Поверочный расчет ……………………………………………………………………………. 93

3.4. Алгоритм выбора уровня оптимизации …………………………………………………. 94

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………… 95

4. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО И
ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО СИНХРОННОГО
ГЕНЕРАТОРА ………………………………………………………………………………………………. 96

4.1. Анализ электромагнитного состояния асинхронизированного синхронного
генератора в программной среде Ansys Electronics Desktop …………………………. 97

4.2. Анализ теплового состояния асинхронизированного синхронного
генератора посредством решения связанной задачи теплового и
вентиляционного расчёта в программной среде MATLAB SIMULINK ………. 112

Выводы по главе ………………………………………………………………………………………. 128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 130

ОПРЕДЕЛЕНИЯ…………………………………………………………… …….133

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ………………………………………… …137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………. 139
Приложение А. Классификация ветроэнергетических установок по мощности и
конструктивному исполнению……………………………………………………………………… 158

Приложение Б. Конструкция асинхронной машины с фазным ротором ………… 159

Приложение В. Применение проектной системы при проектировании
асинхронизированного синхронного генератора для
ветроустановки 3,6 МВт. ……………………………………………………………………………… 160

Приложение Г. Обзор современных систем автоматизированного проектирования
……………………………………………………………………………………………………………………. 165

Приложение Д. Документы о внедрении результатов диссертационного
исследования в АО «Русские электрические двигатели» ………………………………. 172

Актуальность темы исследования
Последние десять лет в мировом научном сообществе идут острые
дискуссии о путях развития современной энергетики. Консервативная его часть
считает, что углеводородная энергетика, основанная на использовании угля,
нефти и газа, еще долгое время будет оставаться основным источником тепловой
и электрической энергии для экономически развитых стран. У этой точки зрения
есть основания. Запасы углеводородов на Земле еще достаточно велики.
Углеводородная индустрия имеет отлаженную инфраструктуру: в наличии
предприятия по производству необходимого оборудования, предприятия по
строительству и обслуживанию энергетических объектов, научные исследования
по повышению эффективности выработки электроэнергии этим способом.
Но при отмеченных преимуществах традиционная энергетика, основанная на
углеводородах, сталкивается с большим количеством проблем и противоречий.
Эти противоречия с каждым годом нарастают и, в конечном счете, могут привести
к кризису традиционной энергетики, если не предпринять попытки к развитию
энергетики альтернативной.
Одна из причин – удорожание добычи углеводородов. Рентабельные нефть,
газ и уголь уже использованы. Добычу ископаемых приходится вести на больших
глубинах под поверхностью земли, на дне океана, осваивать труднодоступные
северные регионы. В конце концов, это может оказаться экономически
невыгодным.
Вторая очень важная причина – экологические проблемы. Природа
миллионы лет стремилась уравновесить содержание углекислого газа в
атмосфере. Углеводородная энергетика это равновесие нарушает, и последствия
такого нарушения человечество еще до конца не оценило. Кризис может
коснуться не только изменения климата, но и живой природы, а на
заключительном этапе проблемы возникнут в человеческом обществе.
Кроме того, очень мало говорят о низкой эффективности традиционной
энергетики. Наивысший коэффициент полезного действия (КПД) тепловых
станций составляет около 30 %, а доля их в балансе мировой энергетики – по
разным оценкам, от 60 до 70 %. Данные цифры свидетельствуют о том, что
традиционная энергетика способствует не только нагреванию планеты, но
загрязнению ее выбросами производства. Этот процесс не может длиться долгое
время. Один из вариантов решения назревших проблем – изменение баланса
генерации электроэнергии в сторону расширения использования возобновляемых
источников энергии (ВИЭ) [127–129, 132–140, 144–149, 151, 157].
В настоящее время доля ВИЭ в общем балансе энергогенерации развитых
стран постоянно растет [46, 154]. Источники возобновляемой энергии достаточно
разнообразны: гидроресурсы, солнце, ветер, биогаз, геотермальная энергия,
энергия волн, энергия приливов и отливов. В связи с чем возникает вопрос, какому
источнику отдать приоритет в развитии. Энергия ветра является одним из
наиболее доступных вариантов.
По данным BP Statistical Review of World Energy, в 2019 году мировой объем
электроэнергии, выработанной ветроэнергетическими установками (ВЭУ),
составил 1 270 ТВт·ч (млрд кВт·ч). За год количество произведенной ВЭУ
электроэнергии увеличилось на 12,6 %. Тройку стран-лидеров составили КНР,
США, Германия (таблица В.1).
По данным Global Wind Energy Council [103], на конец 2019 года
наибольшая доля вырабатываемой мощности ВЭУ приходилась на Азию (44,8
%), Европу (31,4 %) и Северную Америку (26 %).
Таким образом, всего лишь за последние два десятилетия мировой объем
вырабатываемой ВЭУ электроэнергии вырос почти в 30 раз, а объем
установленных мощностей ВЭУ – почти в 40 раз.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Регулируемая гистерезисная муфта в системе привода запорной арматуры
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Электромеханический преобразователь с ленточной обмоткой якоря
    📅 2017год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)