Générateur synchrone à aimant permanent sans balais. Générateur synchrone magnétique à courant alternatif de machines synchrones à aimant permanent

De l'histoire de la question. À ce jour, dans mon travail, une question s'est posée sur la participation au projet d'introduction de ma propre petite génération dans l'entreprise. Auparavant, j'avais de l'expérience avec les moteurs électriques synchrones, avec des générateurs, l'expérience est minime.

Considérant les propositions de divers fabricants dans l'un d'entre eux, j'ai découvert un moyen d'exciter un générateur synchrone à l'aide d'un excitateur basé sur un générateur à aimant permanent (PMG). Je mentionnerai que le système d'excitation du générateur est prévu pour être sans balais. Exemple moteurs synchrones J'ai décrit plus tôt.

Et ainsi, à partir de la description du générateur (PMG) à aimants permanents en tant qu'excitateur de l'enroulement d'excitation de l'excitateur du générateur suit:

1. Echangeur de chaleur de type "air-eau". 2. Générateur à aimant permanent. 3. Dispositif d'excitation. 4. Redresseur. 5. Ventilateur radial. 6. Canal aérien.

Dans ce cas, le système d'excitation se compose d'enroulements auxiliaires ou d'un générateur à aimant permanent, d'un régulateur de tension automatique (AVR), de TC et VT pour détecter le courant et la tension, d'une excitatrice intégrée et d'un redresseur rotatif. En standard, les turbogénérateurs sont équipés d'un AVR numérique assurant la régulation PF (facteur de puissance) et diverses fonctions de surveillance et de protection (limitation d'excitation, détection de surcharge, redondance, etc.). Le courant de champ continu de l'AVR est amplifié par l'excitatrice rotative puis redressé par le redresseur rotatif. Le redresseur rotatif se compose de diodes et de stabilisateurs de tension.

Représentation schématique d'un système d'excitation de turbogénérateur utilisant PMG :

Solution avec un générateur à aimants permanents (PMG) sur l'arbre principal avec rotor de générateur et excitatrice sans balais :

En fait, pour le moment, il ne m'est pas possible de parler des avantages de cette méthode de régulation de l'excitation. Je pense qu'avec le temps de rassembler des informations et de l'expérience, je partagerai avec vous mon expérience d'utilisation de PMG.

Le modèle d'utilité concerne le génie électrique, en particulier les machines électriques, et concerne l'amélioration de la conception des générateurs synchrones de type terminal, qui peuvent être utilisés principalement pour produire de l'énergie électrique dans les centrales éoliennes. La conception du générateur contient un boîtier dans lequel sont placés des éléments alternatifs du système électromagnétique (rotor-stator-rotor), réalisés sous la forme de disques montés sur un arbre fixe, où le disque du stator est relié rigidement à ce dernier, des aimants permanents sont fixé sur les disques du rotor et sur le disque du stator - des bobines formant son enroulement annulaire avec la sortie de ses extrémités à travers un trou axial dans l'arbre, où le corps est constitué de deux boucliers - avant et arrière, montés sur l'arbre dans des roulements, le bouclier avant a un arbre de couverture, les disques de rotor sont fixés sur les boucliers ci-dessus, le disque de stator est fixé sur l'arbre par des liaisons multi-pales des deux côtés, où chaque pale est située dans l'espace technologique entre les bobines électriques. Les avantages de ce générateur sont : plus petit, en comparaison avec des machines connues d'un type similaire de même puissance, poids et dimensions ; fiabilité opérationnelle; facilité de fabrication; haute efficacité; la fabricabilité de l'assemblage et du démontage du générateur et sa maintenabilité ; la possibilité de réaliser toutes les dimensions en fixant le noyau du stator à l'arbre fixe avec des liaisons multi-pales des deux côtés.

Connu générateur synchroneà excitation par des aimants permanents, réalisés selon le type d'extrémité, contenant un stator, constitué de deux parties avec des circuits magnétiques annulaires situés coaxialement et parallèlement l'un à l'autre, entre lesquels est placé le rotor.

Dans la conception utilisée, le rotor est réalisé sous la forme d'un disque, sur lequel des aimants permanents sont fixés des deux côtés, ce qui leur permet de magnétiser d'un côté à l'autre, ce qui entraîne une diminution dans les caractéristiques des aimants permanents, et, par conséquent, à une diminution du rendement du générateur.

Le plus proche de l'objet revendiqué est un générateur électrique synchrone d'extrémité avec excitation par des aimants permanents, contenant deux rotors avec aimants permanents et un stator entre eux avec des bobines disposées dans des rainures radiales situées sur la surface d'extrémité du stator.

Le fait de placer les bobines dans les rainures entraîne une diminution de l'intervalle de travail, ce qui peut entraîner le collage du noyau du stator avec des aimants permanents, ce qui fait que le générateur devient

impraticable. L'utilisation de rainures conduit à l'apparition de composantes harmoniques indésirables des courants, à une induction dans l'entrefer et, par conséquent, à une augmentation des pertes et, par conséquent, à une diminution de Efficacité du générateur... Les rotors à disque sont interconnectés par des broches d'alimentation, ce qui réduit la rigidité et la fiabilité de la structure.

Le résultat technique de la solution proposée, en tant que modèle utile, est d'éliminer le collage possible du noyau du stator avec des aimants permanents, ce qui assurera le fonctionnement garanti du générateur, et réduira les pertes, et, par conséquent, augmentera le rendement dû à l'utilisation de l'enroulement annulaire du stator. Ce modèle a une structure plus rigide en raison de la connexion des rotors entre eux en les attachant au carter du générateur, ce qui augmente sa fiabilité. Le noyau du stator est fixé sur un arbre fixe par des liaisons multipales des deux côtés, ce qui entraîne une diminution du poids et des dimensions du générateur électrique synchrone d'extrémité avec excitation par des aimants permanents et permet de réaliser un générateur avec suffisamment de diamètres intérieur et extérieur. Le modèle proposé permet d'assurer la fabricabilité de montage et démontage du générateur et sa maintenabilité.

Le modèle d'utilité suppose la présence d'un boîtier dans lequel se trouvent des éléments alternatifs du système électromagnétique (rotor-stator-rotor), qui se présentent sous la forme de disques et sont montés sur un arbre fixe. Dans ce cas, le stator est lié rigidement à ce dernier. Des aimants permanents sont fixés sur les disques du rotor, et des bobines sont fixées sur le disque du stator, qui forment son enroulement annulaire avec la sortie de ses extrémités à travers le trou axial de l'arbre. Le corps se compose de deux boucliers - avant et arrière, montés sur l'arbre dans

roulements. Le bouclier avant a un arbre de couverture. Les disques de rotor sont fixés sur les boucliers ci-dessus, et le disque de stator est fixé à l'arbre par des liaisons multi-pales des deux côtés, où chaque pale est située dans l'espace technologique entre les bobines électriques.

La figure 1 montre une génératrice en coupe longitudinale ; figure 2 - stator (vue de face).

La génératrice est constituée d'un stator 1 et de deux rotors 2. Le noyau du stator est réalisé sous la forme d'un disque obtenu en enroulant une bande d'acier électrique sur un mandrin dont le diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur du stator. Le noyau est fixé entre les maillons multipales 3 de part et d'autre. Chaque pale est située dans l'entrefer technologique entre les bobines 4 du bobinage annulaire. Les maillons multi-lames sont boulonnés ensemble. Leurs bases sont réalisées sous la forme de douilles, qui sont montées sur un arbre fixe 5. Pour éviter une éventuelle rotation du stator, les maillons sont fixés avec une clavette 6. Pour éliminer le mouvement axial du stator, un maillon multipale est plaqué contre l'épaulement de l'arbre, et l'autre est serré par un manchon en acier 7 vissé à l'arbre en cercle par trois boulons. L'arbre a un trou axial à travers lequel les extrémités de l'enroulement sont amenées à la boîte à bornes.

Les noyaux rotoriques sont en acier de construction, comme le noyau statorique, en forme de disques dont la largeur est égale à la longueur de l'aimant permanent 8. Les aimants permanents sont des secteurs circulaires et sont collés au noyau. La largeur des aimants est égale à la largeur des bobines du stator et est proche de la valeur du pas polaire. Leurs dimensions ne sont limitées que par la largeur de la pale placée entre les bobines du bobinage du stator. Noyaux attachés

vis à tête fraisée sur le côté intérieur des flasques 9 et 10. L'utilisation de vis à tête fraisée réduit le niveau sonore pendant le fonctionnement du générateur. Les boucliers sont en alliage d'aluminium. Ils sont également interconnectés au moyen de vis à tête fraisée - l'un des boucliers présente des évidements spéciaux dans lesquels sont enfoncés des écrous en acier (pour renforcer la connexion, car l'aluminium est un matériau souple), dans lesquels les vis sont déjà vissées. Les flasques sont équipés de roulements 11 dont un rempli de graisse en permanence et de deux flasques. Le bouclier d'extrémité 9 a un couvercle d'arbre 12 en acier. Il remplit deux fonctions dans ce générateur : a) ferme le roulement ; b) prend la rotation de l'entraînement. L'arbre du couvercle est fixé au flasque d'extrémité avec 9 boulons de son côté intérieur.

Le fonctionnement de cette génératrice s'effectue de la manière suivante : l'entraînement transmet un couple par l'intermédiaire du couvre-arbre 12 à l'ensemble du corps, ce qui entraîne la mise en rotation des rotors. Le principe de fonctionnement de cette génératrice est similaire au principe de fonctionnement des génératrices synchrones connues : lorsque les rotors 2 tournent, le champ magnétique des aimants permanents traverse les spires du bobinage du stator, changeant à la fois en valeur absolue et en sens, et induit une force électromotrice variable en eux. Les bobines d'enroulement sont connectées en série de telle sorte que leurs forces électromotrices s'additionnent. La tension générée est retirée des extrémités de sortie de l'enroulement, qui vont à la boîte à bornes à travers le trou axial de l'arbre 5.

Cette conception de la génératrice permet d'éliminer un éventuel collage du noyau du stator avec les aimants permanents, et, par conséquent, d'assurer le fonctionnement garanti de la génératrice ; donne

la capacité de réduire les ondulations et les pertes de surface dans l'acier grâce à l'utilisation d'un noyau sans fente et d'un enroulement de stator annulaire, ce qui augmente l'efficacité. Il permet également d'augmenter la fiabilité du générateur grâce à l'utilisation d'une structure plus rigide (reliant les rotors entre eux en les attachant au carter du générateur), de réduire le poids et les dimensions à même puissance et d'effectuer un générateur de toute taille en attachant le noyau du stator à un arbre fixe avec des liaisons multipales des deux côtés ... Le modèle proposé permet d'assurer la fabricabilité de montage et démontage du générateur et sa maintenabilité.

Générateur électrique synchrone d'extrémité à excitation par aimant permanent, contenant un boîtier dans lequel se trouvent des éléments alternatifs du système électromagnétique (rotor - stator - rotor), réalisés sous la forme de disques montés sur un arbre fixe, où le disque du stator est relié rigidement à ce dernier, des aimants permanents, et sur le disque du stator il y a des bobines qui forment son enroulement annulaire avec la sortie de ses extrémités à travers un trou axial dans l'arbre, caractérisé en ce que le corps est constitué de deux boucliers - avant et arrière, montés sur le arbre dans les roulements, le bouclier avant a un couvercle d'arbre, les disques de rotor sont fixés sur les boucliers ci-dessus, le disque de stator est fixé à l'arbre par des liaisons multi-pales des deux côtés, où chaque pale est située dans l'écart technologique entre les bobines électriques.

Le but de ce travail est de clarifier les caractéristiques énergétiques des génératrices synchrones à aimants permanents sur-unités, et, en particulier, l'effet du courant de charge, qui crée un champ démagnétisant (réponse d'induit), sur la caractéristique de charge de tels générateurs. Deux générateurs synchrones à disque de puissance et de conception différentes ont été testés. Le premier générateur est un petit générateur à disque synchrone avec un disque magnétique de 6 "de diamètre, six paires de pôles et un disque d'enroulement à douze enroulements. Ce générateur est présenté sur un banc d'essai (Photo #1), et ses tests complets sont décrits dans mon article intitulé :, Recherche expérimentale efficacité énergétique obtenir de l'énergie électrique à partir du champ magnétique des aimants permanents ». Le deuxième générateur est un grand générateur à disque avec deux disques magnétiques, 14" de diamètre, avec cinq paires de pôles, et un disque d'enroulement avec dix enroulements. Ce générateur n'a pas encore été complètement testé, et est montré sur la photo #3, une machine électrique indépendante, à côté du banc d'essai d'un petit générateur. Ce générateur était entraîné en rotation par un moteur à courant continu monté sur son corps.
Les tensions de sortie alternatives des générateurs ont été redressées, lissées par de gros condensateurs, et les courants et tensions dans les deux générateurs ont été mesurés à courant continu multimètres numériques type DT9205A.Pour un petit générateur, les mesures ont été effectuées à une fréquence de courant alternatif standard de 60 Hz, ce qui pour un petit générateur correspondait à 600 tr/min. Pour un petit générateur, des mesures ont également été effectuées à un multiple de 120 Hz, ce qui correspondait à 1200 tr/min. La charge sur les deux générateurs était purement active. Dans un petit générateur avec un disque magnétique, le circuit magnétique était ouvert et l'entrefer entre le rotor et le stator était d'environ 1 mm. Dans un grand générateur à deux disques magnétiques, le circuit magnétique était fermé et les enroulements étaient placés dans un entrefer de 12 mm.
Lors de la description des processus physiques dans les deux générateurs, l'axiome est que les aimants permanents ont un champ magnétique constant et qu'il ne peut être ni diminué ni augmenté. Il est important d'en tenir compte lors de l'analyse de la nature des caractéristiques externes de ces générateurs. Par conséquent, en tant que variable, nous ne considérerons que le champ démagnétisant changeant des enroulements de charge des générateurs. La caractéristique externe d'un petit générateur, à une fréquence de 60 Hz, est représentée sur la figure 1, qui montre également la courbe de puissance de sortie du générateur Pgen et la courbe KPI. La nature de la courbe des caractéristiques externes du générateur peut être expliquée sur la base des considérations suivantes - si l'amplitude du champ magnétique à la surface des pôles des aimants est inchangée, elle diminue alors avec la distance de cette surface , et, étant à l'extérieur du corps de l'aimant, peut changer. Aux faibles courants de charge, le champ des enroulements de charge du générateur interagit avec la partie affaiblie et dispersée du champ des aimants et le réduit considérablement. En conséquence, leur champ total est considérablement réduit et la tension de sortie chute brusquement le long d'une parabole, car la puissance du courant de démagnétisation est proportionnelle à son carré. Ceci est confirmé par l'image du champ magnétique de l'aimant et du bobinage, obtenue à l'aide de limaille de fer. La photo n° 1 montre une image de l'aimant lui-même uniquement, et il est clairement visible que les lignes de champ de force sont concentrées aux pôles, sous la forme de morceaux de sciure de bois. Plus près du centre de l'aimant, où le champ est généralement nul, le champ s'affaiblit considérablement, de sorte qu'il ne peut même pas déplacer la sciure. C'est ce champ affaibli qui annule la réaction de l'induit du bobinage, à un faible courant de 0,1A, comme on peut le voir sur la photo n°2. Avec une nouvelle augmentation du courant de charge, les champs plus forts de l'aimant, qui sont plus proches de leurs pôles, diminuent également, mais l'enroulement ne peut pas diminuer davantage, le champ toujours croissant de l'aimant et la courbe des caractéristiques externes du le générateur se redresse progressivement et se transforme en une dépendance directe de la tension de sortie du générateur sur le courant de charge ... De plus, sur cette partie linéaire de la caractéristique de charge, la contrainte sous charge diminue moins que sur la non linéaire, et la caractéristique externe devient plus raide. Il se rapproche des caractéristiques d'un générateur synchrone classique, mais avec une tension initiale plus faible. Les générateurs synchrones industriels permettent jusqu'à 30% de chute de tension sous charge nominale. Voyons quel pourcentage de chute de tension pour un petit générateur à 600 et 1200 tr/min. À 600 tr/min, sa tension en circuit ouvert était de 26 volts et sous un courant de charge de 4 ampères, elle tombait à 9 volts, c'est-à-dire qu'elle diminuait de 96,4 % - c'est une chute de tension très élevée, plus de trois fois supérieure à la norme. À 1200 tr/min, la tension en circuit ouvert est déjà devenue 53,5 volts, et sous le même courant de charge de 4 ampères, elle est tombée à 28 volts, c'est-à-dire qu'elle a déjà diminué de 47,2% - c'est déjà plus proche des 30 admissibles. %. Cependant, considérons les changements numériques de la rigidité des caractéristiques externes de ce générateur dans une large gamme de charges. La rigidité de la caractéristique de charge du générateur est déterminée par le taux de chute de la tension de sortie sous charge, nous la calculons donc à partir de la tension à vide du générateur. Une chute brutale et non linéaire de cette tension est observée jusqu'à environ un courant d'un ampère, et est plus prononcée jusqu'à un courant de 0,5 ampère. Ainsi, avec un courant de charge de 0,1 Ampère, la tension est de 23 Volts et chute, par rapport à la tension en circuit ouvert de 25 Volts, de 2 Volts, c'est-à-dire que le taux de chute de tension est de 20 V/A. Avec un courant de charge de 1,0 ampère, la tension est déjà de 18 volts et chute de 7 volts par rapport à la tension en circuit ouvert, c'est-à-dire que le taux de chute de tension est déjà de 7 V / A, c'est-à-dire qu'il a diminué de 2,8 fois. Cette augmentation de la rigidité de la caractéristique externe se poursuit avec une nouvelle augmentation de la charge du générateur. Ainsi, avec un courant de charge de 1,7 Ampères, la tension passe de 18 Volts à 15,5 Volts, c'est-à-dire que le taux de chute de tension est déjà de 3,57 V/A, et avec un courant de charge de 4 Ampères, la tension passe de 15,5 Volts à 9 Volts, c'est-à-dire que le taux de chute de tension diminue à 2,8 V/A. Ce processus s'accompagne d'une augmentation constante de la puissance de sortie du générateur (Fig. 1), avec une augmentation simultanée de la rigidité de ses caractéristiques externes. Une augmentation de la puissance de sortie, à ces 600 tr/min, fournit en même temps un KPI du générateur suffisamment élevé de 3,8 unités. Des processus similaires se produisent à double vitesse synchrone du générateur (Fig. 2), également une forte diminution en quadrature de la tension de sortie à faibles courants de charge, avec une augmentation supplémentaire de la rigidité de ses caractéristiques externes avec une augmentation de la charge, les différences ne sont qu'en valeurs numériques. Prenons seulement deux cas extrêmes de charge du générateur - les courants minimum et maximum. Ainsi, à un courant de charge minimum de 0,08 A, la tension est de 49,4 V et elle chute par rapport à une tension de 53,5 V sur 4,1 V. C'est-à-dire que le taux de chute de tension est de 51,25 V/A, et plus du double de cette vitesse à 600 tr/min. À un courant de charge maximal de 3,83 A, la tension est déjà égale à 28,4 V et chute de 13,6 V par rapport à 42 V à un courant de 1,0 A. C'est-à-dire que le taux de chute de tension était de 4,8 V / A, et 1,7 fois cette vitesse à 600 tr/min. De cela, nous pouvons conclure qu'une augmentation de la vitesse de rotation du générateur réduit considérablement la rigidité de sa caractéristique externe dans sa section initiale, mais ne la réduit pas de manière significative dans la section linéaire de sa caractéristique de charge. Il est caractéristique que dans ce cas, à pleine charge du générateur de 4 Ampères, le pourcentage de chute de tension soit donc inférieur à 600 tr/min. Cela est dû au fait que la puissance de sortie du générateur est proportionnelle au carré de la tension générée, c'est-à-dire la vitesse du rotor, et la puissance du courant de démagnétisation est proportionnelle au carré du courant de charge. Par conséquent, à la pleine charge nominale du générateur, la puissance de démagnétisation, par rapport à la sortie, est moindre et le pourcentage de chute de tension diminue. La principale caractéristique positive de la vitesse de rotation plus élevée du petit générateur est l'augmentation significative de son efficacité. À 1200 tr/min, le KPI du générateur est passé de 3,8 unités à 600 tr/min à 5,08 unités.
Le grand générateur a conceptuellement une conception différente basée sur l'application de la deuxième loi de Kirchhoff dans les circuits magnétiques. Cette loi stipule que s'il y a deux ou plusieurs sources de MDS (sous forme d'aimants permanents) dans le circuit magnétique, alors ces MDS sont résumées algébriquement dans le circuit magnétique. Par conséquent, si l'on prend deux aimants identiques, et que l'on connecte l'un de leurs pôles opposés à un circuit magnétique, alors un MDS doublé apparaît dans l'entrefer des deux autres pôles opposés. Ce principe est mis dans la conception d'un grand générateur. Les enroulements ont la même forme plate que dans le générateur magenko, et sont placés dans cet entrefer formé avec un double MDS. Comment cela a influencé les caractéristiques externes du générateur a été montré par ses tests. Les tests de ce générateur ont été effectués à une fréquence étalon de 50 Hz, ce qui, comme dans le petit générateur, correspond à 600 tr/min. Une tentative a été faite pour comparer les caractéristiques externes de ces générateurs aux mêmes tensions à vide. Pour ce faire, la vitesse de rotation du grand générateur a été réduite à 108 tr/min, et sa tension de sortie est tombée à 50 volts, une tension proche de la tension en circuit ouvert d'un petit générateur à une vitesse de rotation de 1200 tr/min. La caractéristique externe d'une grosse génératrice ainsi obtenue est représentée sur la même figure n° 2, qui montre également la caractéristique externe d'une petite génératrice. La comparaison de ces caractéristiques montre qu'à une tension de sortie aussi faible pour un gros générateur, sa caractéristique externe s'avère très douce, même en comparaison avec la caractéristique externe pas si dure d'un petit générateur. Étant donné que les deux générateurs aériens sont capables d'auto-rotation, il était nécessaire de déterminer ce qui était requis pour cela dans leurs caractéristiques énergétiques. Par conséquent, une étude expérimentale de la puissance consommée par le moteur électrique d'entraînement a été réalisée sans la consommation d'énergie gratuite d'un grand générateur, c'est-à-dire la mesure des pertes à vide du générateur. Ces études ont été réalisées pour deux rapports de démultiplication différents du réducteur entre l'arbre du moteur électrique et l'arbre de la génératrice, dans le but de leur influence sur la consommation électrique au ralenti de la génératrice. Toutes ces mesures ont été effectuées dans la gamme de 100 à 1000 tr/min. La tension d'alimentation du moteur électrique d'entraînement a été mesurée, le courant consommé par celui-ci et la puissance au ralenti du générateur a été calculée, avec le rapport de démultiplication de la boîte de vitesses égal à 3,33 et 4,0. La figure 3 montre des graphiques des changements de ces valeurs. La tension d'alimentation du moteur électrique d'entraînement augmentait linéairement avec une augmentation des révolutions aux deux rapports de transmission, et le courant consommé présentait une légère non-linéarité, causée par la dépendance quadratique de la composante de puissance électrique vis-à-vis du courant. La composante mécanique de la consommation électrique, comme vous le savez, dépend linéairement de la vitesse de rotation. On remarque qu'une augmentation du rapport de démultiplication de la boîte de vitesses réduit la consommation de courant dans toute la plage de vitesse, et surtout à haute vitesse. Et cela affecte naturellement la consommation d'énergie - cette puissance diminue proportionnellement à l'augmentation du rapport de démultiplication de la boîte de vitesses, et dans ce cas d'environ 20%. La caractéristique externe du grand générateur n'a été enregistrée qu'à un rapport de démultiplication de quatre, mais à deux valeurs de régime - 600 (50 Hz) et 720 (60 Hz). Ces caractéristiques de charge sont illustrées à la Fig. 4. Ces caractéristiques, contrairement aux caractéristiques d'un petit générateur, sont de nature linéaire, avec une très faible chute de tension sous charge. Ainsi, à 600 tr/min, la tension en circuit ouvert de 188 V sous un courant de charge de 0,63 A a chuté de 1,0 V. À 720 tr/min, la tension en circuit ouvert de 226 V sous un courant de charge de 0,76 A a également chuté de 1,0 B. Avec une nouvelle augmentation de la charge du générateur, ce modèle a persisté et nous pouvons supposer que le taux de chute de tension est d'environ 1 V par ampère. Si nous calculons le pourcentage de chute de tension, alors pour 600 tours, il était de 0,5% et pour 720 tours, il était de 0,4%. Cette chute de tension est due uniquement à la chute de tension aux bornes de la résistance active du circuit d'enroulement du générateur - l'enroulement lui-même, le redresseur et les fils de connexion, et elle est d'environ 1,5 ohm. Dans ce cas, l'effet démagnétisant de l'enroulement du générateur sous charge ne s'est pas manifesté, ou s'est manifesté très faiblement à des courants de charge élevés. Cela est dû au fait que le champ magnétique doublé, dans un entrefer si étroit, où se trouve l'enroulement du générateur, la réaction d'induit ne peut pas être surmontée et une non-tension est générée dans ce champ magnétique doublé des aimants. Le principal trait distinctif Les caractéristiques externes d'un grand générateur sont que même à faibles courants de charge, ils sont linéaires, il n'y a pas de chutes de tension brusques, comme dans un petit générateur, et cela est dû au fait que la réaction d'induit existante ne peut pas se manifester, ne peut pas surmonter le domaine des aimants permanents. Par conséquent, les recommandations suivantes peuvent être faites pour les développeurs de générateurs à aimants permanents CE :

1. N'utilisez en aucun cas des circuits magnétiques ouverts, cela entraîne une forte dissipation et une sous-utilisation du champ magnétique.
2. Le champ de diffusion est facilement surmonté par la réaction d'induit, ce qui conduit à un net adoucissement des caractéristiques externes du générateur et à l'impossibilité de retirer la puissance nominale du générateur.
3. Vous pouvez doubler la puissance du générateur, tout en augmentant la rigidité de la caractéristique externe, en utilisant deux aimants dans son circuit magnétique, et en créant un champ avec deux fois le MDS.
4. Les bobines à noyaux ferromagnétiques ne doivent pas être placées dans ce champ avec un MDS doublé, car cela conduit à la connexion magnétique de deux aimants et à la disparition de l'effet de doublement du MDS.
5. Lors de la conduite de la génératrice, utilisez le rapport de démultiplication qui réduira le plus efficacement la perte d'entrée de la génératrice au ralenti.
6. Je recommande la conception du disque générateur, c'est le plus construction simple disponible à la maison.
7. La conception du disque permet d'utiliser le boîtier et l'arbre avec les roulements d'un moteur électrique conventionnel.

Et enfin, je vous souhaite persévérance et patience dans la création
un vrai générateur.

Titulaires du brevet RU 2548662 :

L'invention se rapporte au domaine de l'électrotechnique et de l'électrotechnique, en particulier aux génératrices synchrones à excitation par aimants permanents. EFFET : stabilisation de la tension de sortie et de la puissance active. Un générateur synchrone avec excitation à partir d'aimants permanents contient un ensemble de palier de stator avec des paliers de support, sur lequel un circuit magnétique annulaire est monté avec des saillies polaires le long de la périphérie. Le circuit magnétique est équipé de bobines électriques avec un enroulement d'induit polyphasé du stator placé sur les saillies polaires. Le rotor annulaire est monté sur l'arbre support avec possibilité de rotation dans les paliers supports autour du circuit magnétique annulaire du stator. Un insert magnétique annulaire est monté sur la paroi latérale intérieure du rotor avec des pôles magnétiques de paires p alternant dans la direction circonférentielle. L'insert magnétique est réalisé sous la forme de deux bagues identiques pouvant être déplacées dans le sens axial. Un élément élastique est situé entre les anneaux. 2 malades

L'invention se rapporte au domaine de l'électrotechnique et de l'électrotechnique, notamment aux génératrices synchrones à excitation par aimants permanents, et peut être utilisée dans des alimentations autonomes aussi bien à fréquence industrielle standard qu'à fréquence augmentée, voiture électrique et les centrales électriques. En particulier, le générateur synchrone de l'invention peut être utilisé comme source d'alimentation autonome dans des voitures, des bateaux et d'autres véhicules.

Alternateur synchrone connu contenant un stator avec un système de conducteurs et un rotor ayant un système d'excitation à aimants permanents, et entre le stator et le rotor il y a une surface active - un entrefer, le rotor est réalisé sous la forme d'un rotor extérieur avec une surface active sur le côté intérieur, le rotor a, si vous regardez le sens du mouvement de rotation, alternant les uns avec les autres dans le sens de rotation des aimants permanents magnétisés et des sections d'un matériau conducteur magnétique, les aimants permanents sont constitués d'un matériau avec une perméabilité magnétique proche de la perméabilité de l'air, les aimants permanents, s'ils sont mesurés dans le sens de rotation, ont une augmentation avec la distance croissante de la largeur de la surface active, et les sections conductrices magnétiques - la largeur diminuant avec la distance croissante de la surface active, les sections magnétiques ont une surface à travers laquelle sort le flux magnétique et qui fait face à la surface active, et elle est inférieure à la somme des surfaces la Coupe transversale le flux magnétique des deux aimants permanents adjacents, à la suite duquel le flux magnétique des aimants permanents est concentré sur la surface active du pôle du stator, s'il est mesuré dans le sens de rotation, a presque la même largeur que la surface du sections conductrices magnétiques à travers lesquelles le flux magnétique émerge (brevet RF n° 2141716, IPC Н02K 21/12, publié le 20.11.1991).

Génératrice synchrone connue contenant une armature multipolaire à n pôles (n est un nombre entier) avec des enroulements, et un système d'excitation formé d'une pluralité d'aimants permanents. Dans ce cas, les aimants permanents ont (n-1) pôles pour créer un champ magnétique d'excitation lors de la rotation par rapport à l'armature, et les aimants permanents sont magnétisés dans le sens de rotation, et les pôles sont réalisés avec un biseau par rapport au rotation du système d'excitation (brevet RF n° 2069441, IPC Н02K 21/22, publié le 20 novembre 1996).

Un inconvénient commun de ces générateurs synchrones est la fonctionnalité limitée de stabilisation avec une augmentation de la charge de la tension de sortie et de la puissance active, en fonction de l'amplitude du flux magnétique total. Dans le même temps, dans la conception de ces générateurs, aucun élément ne permet de modifier rapidement la valeur du flux magnétique total généré par les aimants permanents individuels de l'insert magnétique annulaire.

L'analogue (prototype) le plus proche de l'invention est une génératrice synchrone à excitation par des aimants permanents, contenant une unité de support de stator avec des paliers de support, sur laquelle est monté un circuit magnétique annulaire avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques situées sur le saillies polaires avec un enroulement d'induit polyphasé du stator, montées sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans des paliers de support autour du stator annulaire circuit magnétique du rotor annulaire monté sur la paroi latérale intérieure de l'insert magnétique annulaire avec alternance dans le sens circonférentiel pôles magnétiques de p-paires, couvrant les saillies polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit du circuit magnétique du stator annulaire. L'unité porte-stator est constituée d'un groupe de modules identiques avec un circuit magnétique annulaire et un rotor annulaire, montés sur un arbre de support, tandis que les modules de l'unité porte-stator sont installés avec la possibilité de les faire tourner les uns par rapport aux autres autour d'un axe coaxial avec l'arbre de support, et équipé d'une rotation angulaire d'entraînement reliées cinématiquement entre eux, et les mêmes phases des enroulements d'induit dans les modules de l'ensemble de palier de stator sont interconnectées, formant les phases communes de l'enroulement d'induit de stator ( Brevet RF n° 2273942, IPC Н02K 21/22, Н02K 21/12, publié le 27 juillet 2006).

L'inconvénient de la génératrice synchrone connue à excitation par aimants permanents est la nécessité d'utiliser un groupe de modules, ce qui conduit à une conception plus complexe, une augmentation de la masse et des dimensions de la génératrice. Cela conduit à son tour à une diminution des performances du générateur.

De plus, comme dans les analogues susmentionnés, le générateur connu manque d'éléments permettant de modifier rapidement la valeur du flux magnétique total des aimants permanents individuels qui forment un insert magnétique annulaire.

L'objectif de la présente invention est de simplifier la conception et d'étendre la fonctionnalité du générateur synchrone en alimentant en électricité une grande variété de récepteurs de courant électrique polyphasé alternatif avec différents paramètres de la tension d'alimentation.

Le résultat technique est la stabilisation de la tension de sortie et de la puissance active, grâce à l'introduction d'éléments élastiques dans la structure du générateur synchrone.

Le résultat technique est obtenu par le fait que dans une génératrice synchrone à excitation par aimants permanents, contenant un ensemble palier statorique avec paliers, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des saillies polaires en périphérie, équipé de bobines électriques situées sur le pôle saillies avec un enroulement d'induit polyphasé du stator, montées sur l'arbre de support avec possibilité de rotation dans des paliers de support autour du circuit magnétique annulaire du stator, un rotor annulaire avec un insert magnétique annulaire monté sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques de p- paires alternées dans le sens circonférentiel, recouvrant les saillies polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit du circuit magnétique annulaire du stator, selon l'invention, l'insert magnétique annulaire est réalisé sous la forme de deux bagues identiques pouvant être déplacées dans le sens axial direction, avec un élément élastique situé entre les anneaux.

Lorsque la charge sur le générateur change, le courant circulant dans l'enroulement d'induit du stator change, tandis que la force d'attraction agissant sur les revêtements magnétiques change. Ces derniers, dans une certaine mesure, sont aspirés dans l'entrefer, comprimant l'élément élastique, augmentant ou diminuant ainsi le flux magnétique total. Et de ce fait, la tension et la puissance active aux bornes de l'enroulement du stator du générateur sont stabilisées.

L'élément élastique peut être monobloc, sous forme de rondelle élastique ondulée, ou composite, sous forme de ressorts séparés.

Un exemple d'élément élastique se présente sous la forme de ressorts.

L'essence de l'invention est illustrée par un dessin.

FIGUE. 1 montre une vue générale de la génératrice synchrone proposée avec excitation par aimants permanents en coupe longitudinale, avec inserts magnétiques en position de repos.

FIGUE. 2 montre la vue lorsque les écouteurs magnétiques sont en position de travail.

Sur les deux figures, l'élément élastique est sous forme de ressorts.

Une génératrice synchrone à excitation par aimants permanents contient un boîtier statorique intérieur 1 sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire 2 (par exemple, sous la forme d'un disque monolithique fait d'un matériau composite en poudre magnétiquement dur) avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipés de bobines électriques (sections) 3 situées sur eux, avec multiphasé (par exemple, triphasé, et en cas général n-phase) enroulements d'induit de stator. Sur l'arbre 4 avec possibilité de rotation sur les roulements 5, 6 autour du palier statorique, un rotor annulaire 7 est installé, avec des chemises magnétiques annulaires 8 montées sur la paroi latérale intérieure (par exemple, sous la forme d'anneaux magnétiques monolithiques réalisés en poudre de matériau magnétoanisotrope) à pôles magnétiques alternés dans le sens circonférentiel de paires p, et réalisés sous la forme d'anneaux de même conception ayant la capacité de se déplacer dans des rainures 9 dans le sens de l'axe de rotation, et à l'exclusion de leur rotation par rapport au rotor annulaire 7, séparés par un élément élastique 10, par exemple par des ressorts de compression. Et le pôle de couverture cosses avec l'enroulement d'induit du circuit magnétique du stator annulaire. Le rotor annulaire 7 comprend des chemises magnétiques annulaires 8, un élément élastique 10 et une bague de poussée 11. Le stator comprend un circuit magnétique annulaire 2, des bobines d'enroulement d'ancre 3, un boîtier intérieur 1 et un boîtier extérieur 12 avec des trous centraux 13 à l'extrémité . Le carter interne 1 du palier statorique est accouplé avec sa paroi latérale cylindrique interne avec le roulement 5, et le carter externe 12 avec le roulement 6. Le rotor annulaire 7 est relié à l'arbre 4. Le circuit magnétique annulaire 2 (avec bobinages 3) du stator est monté sur ledit carter interne 1, qui est solidaire du carter externe 12, et forment avec ce dernier une cavité annulaire 14. Le ventilateur 15 de refroidissement des bobinages d'induit du stator est situé à l'extrémité de l'arbre 4. Un carter 16 est installé sur le carter extérieur 16. Les phases (A, B, C) de l'enroulement d'induit 3 sur le circuit magnétique annulaire 2 du stator sont reliées entre elles dans un circuit électrique.

Un générateur synchrone à excitation par aimant permanent fonctionne comme suit.

A partir de l'entraînement, par exemple d'un moteur à combustion interne, par l'intermédiaire d'une poulie à courroie trapézoïdale (non représentée sur le dessin), le mouvement de rotation est transmis à l'arbre 4 avec un rotor annulaire 7. Lorsque le rotor annulaire 7 avec des chemises magnétiques annulaires 8 tourne, un flux magnétique tournant est créé, pénétrant l'entrefer annulaire d'air entre les chemises magnétiques annulaires 8 et le circuit magnétique annulaire 2 du stator, ainsi que perçant des projections polaires radiales (non représentées sur le dessin) du circuit magnétique annulaire 2 du stator. Lorsque le rotor annulaire 7 tourne, le passage alterné des pôles magnétiques alternatifs « nord » et « sud » des chemises magnétiques annulaires 8 sur les saillies polaires radiales du noyau magnétique annulaire 2 du stator s'effectue également, provoquant la flux pour tourner à la fois en amplitude et en direction dans les saillies polaires radiales du circuit magnétique annulaire 2. Dans ce cas, une force électromotrice sinusoïdale (FEM) est induite dans l'enroulement d'induit du stator 3 avec un déphasage entre eux à un angle de 120 degrés et avec une fréquence égale au produit du nombre de paires (p) de pôles magnétiques dans la chemise magnétique annulaire 8 par la vitesse de rotation du rotor annulaire 7 Courant alternatif (par exemple, triphasé), circulant dans le l'enroulement d'induit du stator 3, est fourni aux connecteurs d'alimentation électrique de sortie (non représentés sur le dessin) pour connecter les récepteurs d'énergie électrique en courant alternatif.

Avec une augmentation de la charge sur le générateur, le courant circulant dans l'enroulement d'induit du stator 3 augmente, tandis que la force d'attraction agissant sur les chemises magnétiques annulaires 8. Ces dernières sont aspirées dans l'entrefer, comprimant l'élastique élément 10, renforçant le flux magnétique des chemises magnétiques annulaires 8. Car de ce fait, la tension aux bornes de l'enroulement 3 du stator de la génératrice est stabilisée. La mise en œuvre du stator avec le circuit magnétique annulaire indiqué 2 et le rotor annulaire 7, monté sur un même arbre 4, ainsi que le rotor annulaire avec possibilité de rétraction des chemises magnétiques annulaires 8 dans l'entrefer, permettent pour stabiliser la tension de sortie et la puissance active du générateur synchrone dans les limites spécifiées.

Ainsi, la proposition solution technique permet de stabiliser à la fois la tension de sortie et la puissance active lorsque la charge électrique du générateur change.

Le générateur synchrone proposé avec excitation à partir d'aimants permanents peut être utilisé avec une commutation appropriée des enroulements d'induit du stator pour fournir de l'électricité à une grande variété de récepteurs de courant électrique alternatif polyphasé avec différents paramètres de la tension d'alimentation.

Alternateur synchrone à excitation par aimants permanents, contenant une unité porte-stator avec paliers de support, sur laquelle est monté un circuit magnétique annulaire avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées sur les saillies polaires, avec un enroulement d'induit statorique polyphasé, monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans les paliers de référence autour du circuit magnétique du stator annulaire un rotor annulaire avec un insert magnétique annulaire monté sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques de paires p alternant dans le sens circonférentiel, recouvrant le pôle saillies à bobines électriques de l'enroulement d'induit du circuit magnétique du stator annulaire, caractérisées en ce que l'insert magnétique est réalisé sous la forme de deux bagues identiques déplaçables dans le sens axial, avec un élément élastique situé entre les bagues.

Brevets similaires :

La présente invention concerne une machine électrique (1) pour véhicules hybrides ou électriques. La machine contient un rotor externe, un stator (2) situé à l'intérieur du rotor (3), le rotor contient un élément de palier (4) du rotor, des plaques de rotor (5) et des aimants permanents (6), l'élément de palier (4 ) du rotor contient la première partie s'étendant radialement (7) de l'élément de support et une deuxième partie s'étendant axialement (8) de l'élément de support qui lui est reliée, la deuxième partie (8) de l'élément de support porte des plaques de rotor (5) et des aimants permanents (6), et le stator (2) a des plaques de stator (9) et des enroulements (10), les enroulements forment les têtes des enroulements (11, 12), qui s'étendent dans la direction axiale sur les deux côtés au-dessus des plaques de stator (9), a également une roue de turbine (14), qui est reliée à l'élément de palier (4) rotor.

Alternateur synchrone triphasé sans collage magnétique avec excitation par aimants permanents en néodyme, 12 paires de pôles.

Il y a longtemps, de retour en L'époque soviétique dans le magazine "Modelist Konstruktor" a été publié un article consacré à la construction d'une éolienne de type rotatif. Depuis lors, j'ai eu le désir de construire quelque chose comme ça sur mon maison de vacance, mais cela n'a jamais abouti à une action réelle. Tout a changé avec l'avènement des aimants en néodyme. J'ai collecté un tas d'informations sur Internet et c'est ce qui s'est passé.
Appareil générateur : Deux disque en acier en acier à faible teneur en carbone avec des aimants collés sont reliés rigidement les uns aux autres par un manchon d'espacement. Dans l'espace entre les disques, il y a des bobines plates fixes sans noyaux. L'EMF d'induction apparaissant dans les moitiés de la bobine est de sens opposé et se résume dans l'EMF total de la bobine. La CEM d'induction apparaissant dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique uniforme constant est déterminée par la formule E = B V L Où: B-induction magnétique V-vitesse de déplacement L est la longueur active du conducteur. V = D N / 60 Où: ré-diamètre N-vitesse rotationnelle. L'induction magnétique dans l'entrefer entre deux pôles est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Le générateur est monté sur le support inférieur de l'éolienne.

Un circuit générateur triphasé, pour simplifier, est déployé dans un avion.

En figue. 2 montre la disposition des bobines lorsque leur nombre est deux fois plus grand, bien que dans ce cas l'écart entre les pôles augmente également. Les bobines recouvrent 1/3 de la largeur de l'aimant. Si la largeur des bobines est réduite de 1/6, elles s'adapteront sur une rangée et l'écart entre les pôles ne changera pas. L'écart maximum entre les pôles est égal à la hauteur d'un aimant.