1
1
Международно-казахско турецский университет им. Х.А.Ясави
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ
И. КАЮМОВ, Х. БЕГИМБЕТОВА, Н.Т. РУСТАМОВ
Аннотация
генератор ветровой энергетический установка
В работе рассматривается возможность повышения эффективности использования магнитных лопастей внутри сетки на ветровых энергетических установках. При вращении лопастей создается магнитное поле которое соприкасаясь с магнитным полем генератора улучшает работоспособность установки. Учитывая это решается важная инженерная задача повышения работоспособности генератора и эффективной выработки электроэнергии в предлагаемой установке.
Ключевые слова: магнитные лопасти, магнитная левитация, ВЭУ - ветровая энергетическая установка, железная сетка, индукционный э.д.с., закон Фарадея, контроллер, инвертор, аккумулятор.
Введение
По сегодняшним данным, технический показатель энергии ветра в нашей стране составляет около 3 млрд кВт*ч в год. Причина такой большой выработки энергии объясняется тем, что Казахстан расположен в умеренно-континентальном поясе северного полушария планеты. Баланс научных данных и человеческого опыта на сегодняшний день четко делает вывод, что ветровые турбины не являются вредными для здоровья человека -- на самом деле, энергия ветра снижает количество вредных выбросов в атмосферу и не создает никаких вредных отходов производства, по сравнению с другими источниками электроэнергии. Этот вывод был сделан из многочисленных независимых обзоров научной литературы[1].
Целью работы является разработка ВЭУ с магнитными лопастями, снижающий скольжение ротора в ветрогенераторе, а также улучшающий экономичность использования энергии ветра.
Метод решения
ВЭУ с магнитными лопастями - это установка, которая позволяет компенсировать потери энергии в роторе, а также дает возможность для выработки дополнительной электрической энергии. Скорость ветра колеблется от 3 до 15 м/с, учитывая этот фактор в нашей разрабатываемой установке с появлением ветра будет вырабатываться дополнительная энергия. Такая установка показана на рисунке 1.
Чтобы было яснее построим операторную схему. Эта схема будет способствовать для дальнейшего очертания нашей светлой идеи.
Рис 1 ВЭУ с магнитными лопастями с железной сеткой Номерами обозначены: 1 - фундамент, 2 - силовой шкаф, включающий силовые контакторы, 3 - башня ВЭУ, 4 - лестница для ремонта, 5 - поворотный механизм, 6 - гондола, 7 - генератор, 8 - система для слежки направления и скорости ветра или анемометр, 9 - тормозная система, 10 - трансмиссия, 11 - магнитные лопасти, 12 - система изменения угла поворота лопасти, 13 - колпак ротора, 14 - железная сетка
Эффект магнитной левитации. Используя такой ВЭУ мы создаем в поле магнитную левитацию. Магнитная левитация - кардинальное уменьшение эффектов трения, эвукового шума, вибрации и потери энергии. Магнитные материалы и системы способны притягивать или отталкивать друг друга с силой, зависящей от магнитного поля и поверхности магнита[3]. Из этого следует, что может быть определено магнитное давление. Магнитное давление магнитного поля сверхпроводника подсчитывается по формуле:
где Pмаг - сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B - магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, µ0 = 4рЧ10?7 Н·А?2 - магнитная проницаемость вакуума. Как говорилось ранее этот эффект предназначен для устойчивой работы ротора.
Магнитное поле внутри сетки соприкасаясь с магнитным полем ротора создает эффект левитации, то есть в роторе генератора создается добавочное магнитное поле Ф1+ Ф2, который способствует снижению скольжения ротора. В свою очередь это приводит к легкому запуску ротора, а также долговечной работы ветрогенератора.
Сделаем примерный расчет магнитных потоков при магнитной левитации. Данные для расчета:
t = 2 c - время;
E1 = 120 В - ЭДС вырабатываемый из сетки;
E2 = 240 В - ЭДС вырабатываемый генератором.
1.Находим магнитный поток внутри сетки: Ф1 = E1Чt = 240 Вб;
2.Находим магнитный поток ротора: Ф2 = E2Чt = 480 Вб;
3.Находим результирующий магнитный поток при магнитной левитации:
Ф = Ф1 + Ф2 = 720 Вб.
При увеличении магнитного потока скорость ротора увеличивается прямо пропорционально. Из этого следует, что коэффициент скольжения уменьшается тем самым обеспечивая генератору легкий пуск ротора, а также длительный срок работы[3].
Синхронизация двух источников энергии. Чтобы выработать максимально нужную энергию мы должны синхронизировать основной и дополнительный источники энергии. При этом мы должны соблюдать баланс в распределении тока по аккумулятору. Для этого мы используем диодный мост, чтобы минимизировать скачок тока, а также для выпрямления общего тока. После этого направляем собранную и стабилизированную энергию в аккумулятор для зарядки. После зарядки батареи мы используем инвертор, чтобы повысить исходное напряжение до 220 В, а также изменяем постоянный ток на синусоидальный переменный ток. Дальше выработанный ток распределяем по потребителям.
Рис 5 Синхронизация тока с помощью диодного моста
Выводы
Ранее ветер, как альтернативный источник энергии, стал менее интересным и популярным. Глобальные уровни ветра опустились несколько раз с момента их пика в 2013 году. Но это не значит что ветер перестал быть важным природным ресурсом возобновляемой энергии. С момента своего скромного европейского истока до сегодняшнего массивного потенциала электрогенерирующая энергия ветра является одновременно устойчивой и благоприятной.
Чтобы повысить долговечность и эффективность использования энергии ветра мы сконструировали ВЭУ с магнитными лопастями. С другой стороны предложенной системой можно продлить срок работы ветрогенератора, а также получать дополнительную электрическую энергию. Техническая реализация такой системы не является трудным. Но безопасность и эффективность гарантирована.
Литература
1. Аналитическое исследование «Казахстан: Энергетическая безопасность, энергетическая независимость и устойчивость развития энергетики. Состояние и перспективы», под ред. Алияров Б., Институт энергетических исследований, - Алматы, - 2009г., 370с.
2. Parmanbekov U., Meirbekov B., Sugurov S., Kruglikov A., Rustamov N., Yernazarova D.,“AUTOMATED SYSTEM OF CONTROL AND PROTECTION ASYNHRONOUS MOTORS IN KAZAKHSTAN”: - Paris, France. Pensee Journal. Vol 76, No. 11; Nov 2014, pp.320324.(Thomson)
3. Gaze L.,“The future of sustainable innovation Wind Sustainability” http://reports.thomsonreuters.com/susty7/innovation/future-sustainable-innovation,(Thomson).