УДК 620.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА
, АО «КазНИИ Энергетики имени академика », АО «КазНИИ Энергетики имени академика », *****@***ru
Для исследования параметров генератора был разработан экспериментальный стенд, состоящий из всех компонентов действующей станции: генератора и первичного источника в виде ветро или гидротурбины, а также приборов и оборудования для обеспечения различных режимов работы генератора [1]. Для определения работы отдельных узлов были разработаны макеты узлов, где исследовались взаимодействие магнитов и катушек (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Модель узла магнитов с катушками.
Магниты были размещены на различных основаниях, рассматривались различные материалы, которые были использованы в виде дисков с магнитами. Катушки также закреплялись на недеформируемых основаниях, чтобы создать условия постоянства зазора между катушками и магнитами.
На начальном этапе собранные в виде двух дисков модель генератора, на которых были размещены магниты и катушки, предполагалось использовать для исследования количества магнитов и катушек. Эти исследования позволяют определить мощность генератора не только от количества магнитов, катушек, расстояния между ними, но и от оборотов ротора. В дальнейшем планируется разработка модели модульного типа, в котором будут размещены несколько дисков с магнитами и катушками [2] (Рисунок 2).
Рисунок 2 – Модель генератора модульного типа.
На рисунке 2 схематично представлена конструкция активной части генератора. Статор генератора состоит из трех блоков: центрального и двух крайних, отделенных от него через воздушные зазоры дисками ротора. Диски ротора по отношению друг к другу магнитно симметричны. Особенностями представленной конструкции является аксиальное направление потока возбуждения в воздушном зазоре, сосредоточенный тип обмоток якоря и возбуждения и распределенный тип магнитной системы. Совокупность указанных отличий позволяет заметно снизить относительное значение полюсного деления и стоимость изготовления активной части. Это достигается упрощением технологии изготовления магнитопровода и обмоток.
При изучении параметров генератора необходимы приборное обеспечение, их слаженная работа позволяет получать достоверные данные. Рабочий вид приборов при работе генератора приводится на фотографии экспериментального стенда в виде фрагмента лабораторной установки (рисунок 3).
Рисунок 3 – Прибор, генератор и другие устройства экспериментального стенда в виде фрагмента лабораторной установки.
При исследовании генератора в составе ветроустановки задача размещения генератора не представляет особой трудности. Одним из надежных вариантов является установка генератора снизу ветроколеса на одной оси вращения. В случае гидротурбины необходимо обеспечить непроницаемость генератора и устранить попадание влаги в обмотку.
Разработанная нами конструкция гидротурбины 32] не имеет аналогов, при этом обеспечивает высокие обороты ротора до 1500 оборотов в минуту. Для устранения течи воды через подшипники и сальники был разработан более сложный вариант гидротурбины [4]. Устранение течи главным образом касалось обеспечения безопасной работы генератора. Конструкция была модернизирована, увеличен диаметр гидроколеса, что также приводит к увеличению диаметра генератора. Изменения гидроколеса позволили уменьшить длину гидротурбины, что в несколько раз позволяет уменьшить размеры гидротурбины с генератором.
Развивая направление прямоточных гидротурбин были разработаны агрегаты капсульного типа [4]. В этом случае уменьшаются размеры подшипников и сальников, а также общие габариты гидротурбины с генератором. На сегодняшний день данная конструкция модифицирована. В ней предусмотрено размещение генератора модульного типа (рисунок 4).
Рисунок 4 – Чертеж опытной модели прямоточной гидротурбины с генератором модульного типа.
Для исследования генератора была изготовлена модель гидроагрегата [5]. Целью исследований было определение зависимости мощности генератора от количества магнитов и катушек, размещенных в активной части генератора.
Стенд оборудован контрольно-измерительными приборами и аппаратурой, фиксирующей все характеристики изучаемого процесса: миллиамперметры и цифровые вольтметры, блок нагрузки, приборы контроля токовой нагрузки и напряжения на выходе генератора, прибор контроля сопротивления нагрузки, блок индуктивности, блок контроля частоты вращения генератора.
Литература
1. Koshumbayev M. B., Kvasov P. A. Theoretical and Experimental Researches on Development of New Construction of Wind-Driven Generator with Flux Concentrator. Thomson Reuters Conference Proceedings Citation Index (ISI Web of Science), 2015.
2. , , азработка новой конструкции генератора модульного типа на сильных магнитах. Совместный VШ международный симпозиум «горение и плазмохимия», РГП «Институт Проблем Горения», 16-18 сентября 2015 г., г. Алматы, С.212-216.
3. Гидроагрегат. Предварительный патент № 000 KZ. Опубл. 15.05.2003, бюл. № 5.
4. и др. Гидроагрегат. Инновационный патент № 000. Опубл. в бюл. № 9 от 01.01.2001.
5. , , Теоретические и экспериментальные исследования по определению оптимальных параметров прямоточной гидротурбины для безплотинной ГЭС. Вестник КазНУ им. аль-Фараби, серия математика, механика, информатика, № 1 (84), 2015, С. 96-106.
