В статье показана актуальность создания безмостового выпрямителя, произведено обоснование выбора варианта построения выпрямителя, описан принцип его действия и отличительные особенности предлагаемой схемотехнической реализации от существующих вариантов построения.

Ключевые слова: генератор, параметрическая моделирование, намагниченность, плотность тока.

Анализ тенденций развития в области разработки электрических машин, были определены основные тенденции их развития: повышение КПД, оптимизация магнитной системы и механического узла, применение новых конструкционных материалов. Эти особенности учитывались при создании параметрической модели COMSOL Multiphysics ^® .

За протопит был принят типовой генератор для ветряной мельницы. За счет вариации основных параметров: размеров и количества полюсов магнитной системы ротора и статора. Оптимизация магнитной системы проводилась для получения выходной мощности 500 кВт с минимумом габаритных характеристик. Желаемой мощности удалось достичь за счет изменения схемы соединения катушек. Новая схема показана на рисунке 1.

Рис. 1. Схема соединения катушек трехфазного генератора

На рисунке 2 показана плотность тока в обмотках оптимизированной модели.

Рис. 2. Плотности тока

Результаты проведенной оптимизации приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры генератора

Расчет оптимальной магнитной системы приведен на рисунках 3, 4.

Рис. 3. Модель индукции относительно угла поворота

Разработанный генератор — это синхронная электрическая машина, в которой отсутствует дополнительное возбуждение. Генератор состоит из 5 пар постоянных магнитов, которые установлены на роторе, 46 пар полюсов размещены на статоре и 51 стальной сегмент расположен в модуляторе. Направление намагничивания — радиальное.

Рис. 4. Моделирование намагниченности (А/м) от угла поворота роторов α (град.)

По результатам параметрического моделирования была разработана двухмерная (рисунок 5) трёхмерная модель (рисунок 6) генератора в среде «Компас 3 D ».

В ходе оценки технологичности конструкции спроектированной синхронной машины выло выявлено, что большинство конструктивных элементов стандартные. Единственным нестандартным элементом является модулятор, но его изготовление не требует никаких специализированных устройств и не должно вызывать сложности.

Рис. 5. 2-D модель

Рис. 6. 2-D модель

В состав генератора включено 4 подшипниковых узла, удерживающих роторы в центре генератора, чтоб они не касались друг друга при вращении.

Данная модель является доставочной для разработки генераторов заданной мощности.

Литература:

1. Atallah K., Calverley S., Clark R., Rens J., Howe D. A new PM machine topology for low-speed, high-torque drives // Proc. — Int. Conf. Electr. Mach., ICEM. 2008.

2. Frandsen, T.V., Mathe, L., Berg, N.I., Holm, R.K., Matzen, T.N., Rasmussen, P.O., Jensen, K. K. Motor Integrated Permanent Magnet Gear in a Battery Electrical Vehicle // IEEE Trans Ind Appl. 2015.