Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.

Вестник МГТУ. 2023. Т. 26, № 4. С. 441-448. DOI: https:IIdoi.orgI 10.21443I1560-9278-2023-26-4-441-448 В разделе Rotating Machinery, Magnetic задаются подразделы Ampere’s Law, Force calculation, Continuity и Coil. Подраздел Ampere’s Law задается для каждого материала отдельно и в нем выбираются соответствующие элементы конструкции. В подразделе Ampere’s Law выбираются постоянные магниты: в одном подразделе выбираются постоянные магниты одной полярности, а в другом подразделе - противоположной полярности соответственно. В данном случае в подпункте Constitutive Relation B-H выбирается Remanent Flux Density, в строке r задается "1" для магнитов одной полярности и "-1" для магнитов противоположной полярности. В разделе Force Calculation задаются вращающиеся части генератора и присваиваются названия сил в каждом разделе для дальнейшего расчета. Плотность тока в фазах обмотки задается следующим образом: в фазе А: Jz = J А/мм2, А': Jz = - J А/мм2, В: JZ = - J/2 А/мм2, В': Jz = J/2 А/мм2, С: Jz = -J/2 А/мм2, С': Jz = J А/мм2. Для задания токов в обмотке статоре добавляются разделы Coil для каждой фазы. В каждом из разделов необходимо задать ток фаз A, A', B, B', C, C' соответственно. Фазы выбираются согласно приведенной выше последовательности чередования фаз в обмотке статора. В разделе Definitions добавляем подраздел Moving Mesh для области, которая вращается в процессе расчета. Для этого в Moving Mesh добавляем Rotating Domain, а затем в Domain Selection выбираются все элементы вращающейся части электрической машины. В Rotating Angle задается значение угла, на который будет происходить вращение. Результаты и обсуждение В таблице представлены результаты расчета амплитудного момента тихоходного ротора (Mmax), удельного момента на массу постоянных магнитов (Mm), рассчитанного по формуле (9), а также удельного момента на единицу объема, занимаемого машиной (Mv), рассчитанного по формуле (10) для двух конструкций синхронного генератора со встроенным трансформатором момента М т = M M„ =■ (9) (10) где Mv - момент на единицу объема, кН-м/м ; Mm - момент на массу ПМ, Н-м/кг; M - момент на тихоходном роторе, Н-м; i - передаточное отношение; V - объем машины, м3; rnm - масса ПМ, кг. Таблица. Сравнение конструкций синхронного генератора со встроенным трансформатором момента Table. Comparison of designs of a synchronous generator with a built-in torque transformer С двумя воздушными зазорами С тремя воздушными зазорами Mmax, кН-м Mm, Н-м/кг Mv, кН-м/м3 Mmax, кН-м Mm, Н-м/кг Mv, кН-м/м3 3,55 2,50 4,38 2,57 1,81 3,18 На рис. 3-4 представлены картины распределения линий магнитного потока в синхронных генераторах. Из рис. 3-4 видно, что в системе с двумя воздушными зазорами линии магнитного поля расположены гуще и, соответственно, магнитное поле в данном исполнении сильнее. Также если обратить внимание на насыщение электротехнической стали, можно заметить, что в системе с тремя зазорами сталь менее насыщена и материал недоиспользуется, следовательно, срок окупаемости машины увеличивается. Для сравнения конструкций генераторов рассчитаем по формуле (11) выходную мощность. Так как расчет проводился в 2D и краевые эффекты не были учтены, то возьмем запас момента 30 %. Типичная номинальная частота вращения ветрового колеса ветроагрегата мощностью 100 кВт - 50 об/мин (Chen et al., 2005) p _ M max 1,3 : (11) где P - выходная мощность генератора, Вт; Mmax - амплитудный момент тихоходного ротора, Н-м; ю - номинальная частота вращения, об/мин. По полученным данным видно, что выходная мощность при одинаковых массогабаритных показателях больше у генератора с двумя воздушными зазорами и составляет 136,54 кВт, у генератора с тремя воздушными зазорами она составляет 98,85 кВт. 445