Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.

Вестник МГТУ. 2023. Т. 26, № 4. С. 441-448. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-4-441-448 УДК 621.313.84 Информация о статье Поступила в редакцию 08.09.2023; получена после доработки 23.10.2023; принята к публикации 02.11.2023 Ключевые слова: синхронный генератор, трансформатор момента, постоянные магниты, прямой привод, низкоскоростные машины, магнитомягкие вставки For citation Сравнение конструкций синхронных машин со встроенным трансформатором момента для возобновляемой энергетики Е. В. Конюшенко*, И. Рахманов, О. Н. Молоканов *Национальный исследовательский университет "Московский энергетический институт ", г. Москва, Россия; e-mail : Konyushenko. elizaveta@yandex.ru Реферат Повышение удельного момента электрических машин является актуальной проблемой для целого ряда силовых низкоскоростных электромеханических систем, одна из таких систем - ветроэнергетическая установка. Нахождение оптимальной конструкции синхронного генератора со встроенным трансформатором момента актуально для дальнейшего развития ветроэнергетики. Цель исследования состоит в определении оптимальной конструкции генератора со встроенным трансформатором момента для ветроэнергетических установок, что является решением проблемы создания низкоскоростных, высокомоментных и относительно компактных электрических генераторов и даст возможность отказаться от зубчатой передачи. В работе рассматриваются две конструкции синхронного генератора прямого привода со встроенным трансформатором момента с двумя и тремя воздушными зазорами. Расчет производится в программном комплексе Comsol Multiphysics, основанном на методе конечных элементов. Основные критерии для сравнения: выходная мощность генератора, максимальный момент тихоходного ротора, к которому подключается ветроколесо, максимальный момент на единицу объема генератора и максимальный момент на массу постоянных магнитов. По результатам расчета сделан вывод, что синхронный генератор с двумя воздушными зазорами имеет больший момент на единицу объема и момент на массу постоянных магнитов, т. е. при одинаковой мощности генераторов расходы на активные материалы будут меньше. При равных габаритных параметрах такой тип имеет большую выходную мощность по сравнению с синхронным генератором прямого привода и синхронным генератором с тремя воздушными зазорами. Конюшенко Е. В. и др. Сравнение конструкций синхронных машин со встроенным трансформатором момента для возобновляемой энергетики. Вестник МГТУ. 2023. Т. 26, № 4. С. 441-448. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-4-441-448. Comparison of designs of synchronous machines with integrated torque transformer for renewable energy Elizaveta V. Koniushenko*, Ilias Rahmanov, Oleg N. Molokanov *NationalResearch University "Moscow Power Energy Institute", Moscow, Russia; e-mail : Konyushenko. elizaveta@yandex.ru Abstract Increasing the specific torque of electric machines is an urgent problem for a number of low-speed power electromechanical systems, one of such systems is a wind power plant. Determining the optimal design of a synchronous generator with a built-in torque transformer is important for the further development of wind power. The purpose of the research is to determine the optimal design of a generator with a built-in torque transformer for wind power plants, which is a solution to the problem of creating low- speed, high-torque and relatively compact electric generators, and will make it possible to abandon the gear drive. The paper examines two designs of a direct drive synchronous generator with a built-in torque transformer with two and three air gaps. The calculation is performed using the Comsol Multiphysics software based on the finite element method. The main criteria for comparison are the generator's output power, the maximum torque of the low-speed rotor connected to the wind turbine, the maximum torque per unit volume of the generator, and the maximum torque per unit mass of the permanent magnets. Based on the calculation results, it has been concluded that a synchronous generator with two air gaps has a higher torque per unit volume and torque per mass of permanent magnets, i. e. with the same power, the expenses on active materials will be lower. This type of generator has a higher output power compared to both the direct-drive synchronous generator and the synchronous generator with three air gaps, with the same dimensional parameters. Koniushenko, E. V. et al. 2023. Comparison of designs of synchronous machines with integrated torque transformer for renewable energy. Vestnik ofMSTU, 26(4), pp. 441-448. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-4-441-448. Для цитирования Article info Received 08.09.2023; received in revised form 23.10.2023; accepted 02.11.2023 Key words: synchronous generator, torque transformer, permanent magnets, direct drive, low-speed machines, soft magnetic inserts 441