Les générateurs de courant excitent les aimants permanents. Générateurs synchrones à excitation par aimant permanent. Conceptions et types de moteurs synchrones à aimants permanents
Excitation d'une machine synchrone et de ses champs magnétiques. Excitation générateur synchrone.
L'enroulement d'excitation d'un générateur synchrone (SG) est situé sur le rotor et reçoit de l'énergie courant continu d'une source étrangère. Il crée le champ magnétique principal de la machine, qui tourne avec le rotor et se referme sur tout le circuit magnétique. Pendant la rotation, ce champ traverse les conducteurs d'enroulement du stator et y induit une CEM E10.
Pour alimenter le bobinage d'excitation du puissant S.G. des générateurs spéciaux sont utilisés - des agents pathogènes. S'ils sont installés séparément, l'alimentation est fournie à l'enroulement d'excitation par des bagues collectrices et un appareil à balais. Pour les générateurs à turbine puissants, des excitatrices (générateurs synchrones de "type inversé") sont suspendues à l'arbre du générateur, puis l'enroulement d'excitation est alimenté par des redresseurs à semi-conducteurs montés sur l'arbre.
La puissance dépensée pour l'excitation est d'environ 0,2 à 5 % de la puissance nominale de la SG, avec une valeur plus petite pour les grandes SG.
Dans les générateurs de moyenne puissance, un système d'auto-excitation est souvent utilisé - du réseau d'enroulements du stator en passant par les transformateurs, les redresseurs à semi-conducteurs et les anneaux. En très petit S.G. parfois des aimants permanents sont utilisés, mais cela ne permet pas d'ajuster l'amplitude du flux magnétique.
L'enroulement d'excitation peut être concentré (pour les générateurs synchrones à pôle explicite) ou distribué (pour les SG à pôle implicite).
Circuit magnétique S.G.
Système magnétique S.G. Est un circuit magnétique ramifié avec 2p branches parallèles. Dans ce cas, le flux magnétique créé par l'enroulement d'excitation est fermé le long de telles sections du circuit magnétique : entrefer "?" - à deux reprises; zone dentée du stator hZ1 - deux fois; stator arrière L1 ; la couche dentée du rotor "hZ2" - deux fois; rotor arrière - "LOB". Dans les générateurs à pôles saillants sur le rotor, il y a des pôles de rotor "hm" - deux fois (au lieu de la couche dentée) et la croix LOB (au lieu du rotor en arrière).
La figure 1 montre que les branches parallèles du circuit magnétique sont symétriques. On voit également que l'essentiel du flux magnétique est fermé le long de tout le circuit magnétique et est couplé à la fois au bobinage rotorique et au bobinage statorique. Une plus petite partie du flux magnétique FSigma (désolé, pas de symbole) est fermée uniquement autour de l'enroulement de champ, puis elle ne s'emboîte pas avec l'enroulement du stator le long de l'entrefer. C'est le flux magnétique parasite du rotor.
Figure 1. Circuits magnétiques S.G.
types à pôle explicite (a) et à pôle implicite (b).
Dans ce cas, le flux magnétique total m est égal à :
où SIGMAm est le facteur de dissipation du flux magnétique.
Le MDF de l'enroulement d'excitation pour une paire de pôles en mode veille peut être défini comme la somme des composants MDF nécessaires pour surmonter la résistance magnétique dans les sections correspondantes du circuit.
La zone de l'entrefer, dans laquelle la perméabilité magnétique µ0 = const est constante, a la résistance magnétique la plus élevée. Dans la formule présentée, wB est le nombre de spires connectées en série de l'enroulement d'excitation par paire de pôles, et IBO est le courant d'excitation en mode veille.
L'acier du circuit magnétique avec une augmentation du flux magnétique a la propriété de saturation, donc la caractéristique magnétique du générateur synchrone est non linéaire. Cette caractéristique comme la dépendance du flux magnétique au courant d'excitation Ф = f (IВ) ou Ф = f (FВ) peut être construite par calcul ou supprimée empiriquement. Il a la forme illustrée à la figure 2.
Figure 2. Caractéristique magnétique de S.G.
Habituellement S.G. conçu pour qu'à la valeur nominale du flux magnétique , le circuit magnétique soit saturé. Dans ce cas, la section "ab" de la caractéristique magnétique correspond à la MDS pour surmonter l'entrefer 2Fsigma et la section "soleil" - pour surmonter la résistance magnétique de l'acier du noyau magnétique. Puis l'attitude 
peut être appelé le coefficient de saturation du circuit magnétique dans son ensemble.
Générateur synchrone au ralenti
Si le circuit d'enroulement du stator est ouvert, alors dans S.G. il n'y a qu'un seul champ magnétique - créé par le MDS de l'enroulement d'excitation.
La distribution sinusoïdale de l'induction de champ magnétique requise pour obtenir une FEM sinusoïdale de l'enroulement du stator est fournie par :
- en saillant S.G. la forme des pièces polaires du rotor (sous le milieu du pôle, l'entrefer est moindre que sous ses bords) et le biseau des encoches du stator.
- en S.G. implicite - par la répartition du bobinage d'excitation le long des encoches du rotor sous le milieu du pôle, l'entrefer est moindre que sous ses bords et le biseau des encoches du stator.
Dans les machines multipolaires, les enroulements de stator sont utilisés avec un nombre fractionnaire de fentes par pôle et par phase.
Figure 3. Assurer la sinusoïdalité du champ magnétique
champs d'excitation
Étant donné que la FEM de l'enroulement de stator E10 est proportionnelle au flux magnétique Фо et que le courant dans l'enroulement d'excitation IОВ est proportionnel au MDS de l'enroulement d'excitation FОВ, il n'est pas difficile de construire une dépendance : E0 = f (IВО) identique à la caractéristique magnétique : Ф = f (FВO). Cette dépendance est appelée la caractéristique du ralenti (H.H.H.) S.G. Il permet de déterminer les paramètres de S.G., de construire ses diagrammes vectoriels.
Habituellement H.H.H. sont tracés en unités relatives e0 et iBO, c'est-à-dire la valeur actuelle des grandeurs est rapportée à leurs valeurs nominales
Dans ce cas, S.H.H. est appelée la caractéristique normale. Fait intéressant, H.H.H. pour presque tous les S.G. sont identiques. En conditions réelles H.H.Kh. ne part pas de l'origine, mais d'un point sur l'axe des ordonnées, qui correspond à la FEM résiduelle e OST., en raison du flux magnétique résiduel de l'acier du circuit magnétique.
Figure 4. Caractéristique du ralenti en unités relatives
Diagrammes schématiques excitation S.G. avec excitation a) et avec auto-excitation b) sont représentés sur la figure 4.
Figure 5. Diagrammes schématiques d'excitation de S.G.
Champ magnétique S.G. sous charge.
Pour charger S.G. ou pour augmenter sa charge, il est nécessaire de réduire la résistance électrique entre les bornes des phases du bobinage du stator. Ensuite, des courants circuleront dans les circuits fermés des enroulements de phase sous l'action de la FEM de l'enroulement du stator. Si nous supposons que cette charge est symétrique, alors les courants de phase créent le MDS d'un enroulement triphasé, qui a une amplitude
et tourne le long du stator avec une vitesse de rotation n1 égale à la vitesse du rotor. Cela signifie que le MDS de l'enroulement statorique F3' et le MDS de l'enroulement d'excitation FB, immobiles par rapport au rotor, tournent à la même vitesse, c'est-à-dire synchrone. Autrement dit, ils sont immobiles les uns par rapport aux autres et peuvent interagir.
Parallèlement, selon la nature de la charge, ces MDS peuvent être orientés différemment les uns par rapport aux autres, ce qui modifie la nature de leur interaction et, par conséquent, les propriétés de fonctionnement du générateur.
Notez à nouveau que l'effet du MDF de l'enroulement statorique F3Ф = Fa sur le MDS de l'enroulement rotorique FВ est appelé la « réaction d'induit ».
Dans les génératrices à pôles implicites, l'entrefer entre le rotor et le stator est uniforme, donc l'induction B1 créée par le MDS de l'enroulement statorique est répartie dans l'espace comme le MDS F3Ф = Fa de façon sinusoïdale quelle que soit la position du rotor et de la enroulement de champ.
Dans les générateurs à pôles saillants, l'entrefer est irrégulier à la fois en raison de la forme des pièces polaires et en raison de l'espace interpolaire rempli de cuivre de l'enroulement d'excitation et des matériaux isolants. Par conséquent, la résistance magnétique de l'entrefer sous les pièces polaires est beaucoup plus faible que dans la zone de l'espace interpolaire. L'axe des pôles du rotor S.G. ils l'appellent l'axe longitudinal d - d, et l'axe de l'espace interpolaire est appelé l'axe transversal de S.G. q-q.
Cela signifie que l'induction du champ magnétique statorique et le graphe de sa répartition dans l'espace dépendent de la position de l'onde MDF F3F du bobinage statorique par rapport au rotor.
Supposons que l'amplitude du MDF de l'enroulement statorique F3Ф = Fa coïncide avec l'axe longitudinal de la machine d - d, et la distribution spatiale de ce MDS est sinusoïdale. On suppose également que le courant d'excitation est nul Ibo = 0.
Pour plus de clarté, nous allons décrire sur la figure un balayage linéaire de ce MDS, à partir duquel on peut voir que l'induction du champ magnétique du stator dans la zone de la pièce polaire est suffisamment grande, et dans la zone de l'espace interpolaire, il diminue fortement jusqu'à presque zéro en raison de la résistance élevée de l'air.
Figure 6. Balayage linéaire du MDS de l'enroulement du stator le long de l'axe longitudinal.
Une telle distribution inégale d'induction avec une amplitude B1dmax peut être remplacée par une distribution sinusoïdale, mais avec une plus petite amplitude B1d1max.
Si la valeur maximale du MDF du stator F3Ф = Fa coïncide avec l'axe transversal de la machine, alors l'image du champ magnétique sera différente, ce qui peut être vu sur la figure du balayage linéaire du MDS de la machine .
Figure 7. Balayage linéaire du MDS de l'enroulement du stator le long de l'axe transversal.
Ici aussi, l'amplitude de l'induction dans la zone des pièces polaires est plus grande que dans la zone de l'espace interpolaire. Et il est bien évident que l'amplitude de l'harmonique d'induction fondamentale du champ statorique B1d1 selon l'axe longitudinal est supérieure à l'amplitude de l'induction du champ B1q1, selon l'axe transversal. Le degré de réduction de l'induction B1d1 et B1q1, qui est dû à l'irrégularité de l'entrefer, est pris en compte à l'aide des coefficients :
Ils dépendent de nombreux facteurs et notamment du rapport sigma/tau (désolé pas de symbole) (entrefer relatif), du rapport
(rapport de chevauchement des pôles), où vp est la largeur de la pièce polaire, et d'autres facteurs.
Contenu:DANS conditions modernes des efforts constants sont faits pour améliorer les dispositifs électromécaniques, réduire leur poids et dimensions hors tout... L'une de ces options est un générateur à aimant permanent, qui est un conception simple avec une grande efficacité. La fonction principale de ces éléments est de créer un champ magnétique tournant.
Types et propriétés des aimants permanents
Les aimants permanents fabriqués à partir de matériaux traditionnels sont connus depuis longtemps. L'industrie a d'abord commencé à utiliser un alliage d'aluminium, de nickel et de cobalt (alnico). Cela a permis d'utiliser des aimants permanents dans les générateurs, les moteurs et d'autres types d'équipements électriques. Les aimants en ferrite sont particulièrement répandus.
Par la suite, des matériaux magnétiques durs samarium-cobalt ont été créés, dont l'énergie a une densité élevée. Ils ont été suivis par la découverte d'aimants à base d'éléments de terres rares - bore, fer et néodyme. Leur densité d'énergie magnétique est nettement supérieure à celle d'un alliage samarium-cobalt à un coût nettement inférieur. Les deux sortes matériaux artificiels remplacent avec succès les électro-aimants et sont utilisés dans des domaines spécifiques.Les éléments en néodyme sont une nouvelle génération de matériaux et sont considérés comme les plus économiques.
Comment fonctionnent les appareils
Le principal problème de conception était considéré comme le retour des pièces en rotation à leur position d'origine sans perte significative de couple. Ce problème a été résolu en utilisant un conducteur en cuivre à travers lequel un courant électrique a été passé, provoquant une attraction. Lorsque le courant a été coupé, l'attraction a cessé. Ainsi, dans les dispositifs de ce type, des marches-arrêts périodiques ont été utilisés.
L'augmentation du courant crée une force d'attraction accrue, qui, à son tour, est impliquée dans la génération de courant à travers le conducteur en cuivre. Du fait d'actions cycliques, le dispositif, en plus d'engager travail mécanique, commence à produire du courant électrique, c'est-à-dire à remplir les fonctions d'un générateur.
Aimants permanents dans les conceptions de générateur
Dans les conceptions d'appareils modernes, à l'exception aimants permanents des électro-aimants avec dans la bobine sont utilisés. Cette fonction d'excitation combinée permet d'obtenir les caractéristiques de contrôle de tension et de vitesse requises à une puissance d'excitation réduite. De plus, la taille de l'ensemble du système magnétique est réduite, ce qui rend ces dispositifs beaucoup moins chers par rapport aux conceptions classiques de machines électriques.
La puissance des appareils dans lesquels ces éléments sont utilisés ne peut être que de quelques kilovoltampères. Le développement des aimants permanents les plus performants est actuellement en cours, permettant une montée en puissance progressive. Similaire machines synchrones sont utilisés non seulement comme générateurs, mais aussi comme moteurs à diverses fins. Ils sont largement utilisés dans les industries minières et métallurgiques, les centrales thermiques et d'autres domaines. Cela est dû à la capacité de travailler moteurs synchrones avec des puissances réactives différentes. Ils fonctionnent eux-mêmes à une vitesse précise et constante.
Les stations et sous-stations fonctionnent avec des générateurs synchrones spéciaux qui, en mode veille, ne fournissent que de la production d'énergie réactive. À son tour, il assure le fonctionnement des moteurs asynchrones.
Un générateur à aimants permanents fonctionne sur le principe de l'interaction des champs magnétiques d'un rotor mobile et d'un stator fixe. Les propriétés de ces éléments, peu étudiées, permettent de travailler à l'invention d'autres appareils électriques, jusqu'à la création d'un sans carburant.
L'invention se rapporte au domaine de l'électrotechnique et de l'électrotechnique, en particulier aux génératrices synchrones à excitation par aimants permanents. Le résultat technique est l'extension des paramètres de fonctionnement du générateur synchrone en offrant la possibilité de réguler à la fois sa puissance active et la tension de sortie du courant alternatif, ainsi que la possibilité de l'utiliser comme source de courant de soudage lors du transport sur le soudage à l'arc électrique dans divers modes. Un générateur synchrone avec excitation par aimants permanents contient une unité de support de stator avec des paliers de support (1, 2, 3, 4), sur laquelle un groupe de circuits magnétiques annulaires (5) est monté avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques (6) avec des enroulements d'induit polyphasés (7) et (8) du stator, montés sur l'arbre support (9) avec possibilité de rotation dans les paliers supports (1, 2, 3, 4) autour du palier statorique a groupe de rotors annulaires (10) avec des rotors annulaires montés sur les parois latérales intérieures des revêtements magnétiques (11) avec une alternance dans la direction circonférentielle des pôles magnétiques des paires p, recouvrant les saillies polaires avec les bobines électriques (6) de l'armature enroulements (7, 8) du circuit magnétique du stator annulaire. Le support de stator est constitué d'un groupe de modules identiques. Les modules de l'ensemble palier stator sont installés avec la possibilité de leur rotation les uns par rapport aux autres autour de l'axe, avec un pin avec un arbre de support (9), et sont équipés d'un entraînement lié cinématiquement pour leur rotation angulaire par rapport à chacun. d'autres phases et similaires des enroulements d'ancrage des modules mentionnés sont interconnectées, formant des phases communes de l'enroulement d'induit du stator. 5 p.p. f-ly, 3 dwg
Dessins pour le brevet RF 2273942
L'invention concerne le domaine de l'électrotechnique, en particulier les génératrices synchrones à excitation par aimants permanents, et peut être utilisée dans les sources d'énergie autonomes sur les voitures, les bateaux, ainsi que dans les alimentations autonomes pour les consommateurs à courant alternatif des deux normes industrielles fréquence et fréquence accrue et dans les centrales électriques autonomes comme source de courant de soudage pour le soudage à l'arc électrique sur le terrain.
Une génératrice synchrone connue à excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble palier statorique avec des paliers de support, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un enroulement d'ancrage du stator, et également monté sur l'arbre de support avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés rotor avec excitation d'aimants permanents (voir, par exemple, A.I. Voldek, " Voiture électrique", éd. Energiya, succursale de Léningrad, 1974, p. 794).
Les inconvénients de la génératrice synchrone connue sont une consommation de métal importante et des dimensions importantes dues à une consommation de métal importante et aux dimensions d'un rotor cylindrique massif réalisé avec des aimants d'excitation permanents en alliages magnétiques durs (tels que Alni, Alnico, Magnico, etc.).
On connaît également une génératrice synchrone à excitation par aimants permanents, contenant un ensemble palier statorique avec paliers d'appui, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques avec un enroulement induit du stator placé sur eux, un rotor annulaire monté avec possibilité de rotation autour du circuit magnétique annulaire du stator avec une chemise magnétique annulaire montée sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques alternés dans le sens circonférentiel, recouvrant les saillies polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit dudit circuit magnétique statorique annulaire (voir par exemple le brevet RF n° 2141716, classe N 02 K 21/12 selon la demande n° 4831043/09 du 03/02/1988).
L'inconvénient de la génératrice synchrone connue avec excitation par des aimants permanents réside dans les paramètres de fonctionnement étroits dus à l'incapacité de réguler la puissance active de la génératrice synchrone, car dans la conception de cette génératrice à inductance synchrone, il n'y a aucune possibilité de changer rapidement la valeur de le flux magnétique total créé par les aimants permanents individuels de ladite chemise magnétique annulaire.
L'analogue le plus proche (prototype) est un générateur synchrone à excitation par des aimants permanents, contenant une unité de support de stator avec des paliers de support, sur laquelle un circuit magnétique annulaire est monté avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un multiphasé enroulement d'induit du stator, monté sur l'arbre de support avec possibilité de rotation dans lesdits paliers de support autour du circuit magnétique annulaire du stator, le rotor annulaire avec l'insert magnétique annulaire monté sur la paroi latérale intérieure avec les pôles magnétiques de p-paires alternant dans le sens circonférentiel, recouvrant les saillies polaires des bobines électriques de l'enroulement d'induit dudit circuit magnétique statorique annulaire (voir brevet RF n°2069441, classe N 02 K 21/22 par demande n°4894702/07 du 01.06. 1990).
L'inconvénient du générateur synchrone connu avec excitation par des aimants permanents réside également dans les paramètres de fonctionnement étroits dus à la fois au manque de capacité de contrôler la puissance active du générateur à inducteur synchrone et au manque de capacité à contrôler la valeur de la sortie AC. tension, ce qui rend difficile son utilisation comme source de courant de soudage dans le soudage à l'arc électrique (dans la conception du générateur synchrone connu, il n'est pas possible de modifier rapidement la valeur du flux magnétique total des aimants permanents individuels, qui forment un insert magnétique annulaire entre eux).
Le but de la présente invention est d'étendre les paramètres de fonctionnement de la génératrice synchrone en offrant la possibilité de réguler à la fois sa puissance active et la capacité de réguler la tension alternative, ainsi que la possibilité de l'utiliser comme source de courant de soudage lorsque effectuer le soudage à l'arc électrique dans divers modes.
Cet objectif est atteint par le fait qu'une génératrice synchrone à excitation par aimant permanent, contenant une unité de palier de stator avec des paliers de support, sur laquelle un circuit magnétique annulaire est monté avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un multiphasé enroulement d'induit de stator, monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans lesdits 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 paires p alternés en la direction circonférentielle, recouvrant les saillies polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit dudit circuit magnétique annulaire du stator, en elle une unité de palier le stator est constitué d'un groupe de modules identiques avec le circuit magnétique annulaire indiqué et le rotor annulaire , montés sur un arbre support avec possibilité de les tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe coaxial à l'arbre support, et Abzhenes reliés cinématiquement avec eux par l'entraînement de leur rotation angulaire l'un par rapport à l'autre, et les phases du même nom 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.
Une différence supplémentaire du générateur synchrone proposé avec excitation par des aimants permanents est que les pôles magnétiques du même nom des chemises magnétiques annulaires des rotors annulaires dans les modules adjacents de l'unité de palier du stator sont situés de manière congruente les uns aux autres dans les mêmes plans radiaux. , et les extrémités des phases de l'enroulement d'induit dans un module de l'unité de palier de stator sont connectées aux débuts des mêmes phases de l'enroulement d'induit dans un autre module adjacent de l'ensemble de palier de stator, formant en relation l'un avec l'autre le commun phases de l'enroulement de l'induit du stator.
De plus, chacun des modules de l'unité de palier de stator comprend un manchon annulaire avec une bride de poussée externe et une coupelle avec un trou central à l'extrémité, et le rotor annulaire dans chacun des modules de l'ensemble de palier de stator comprend une coque annulaire avec une bride de poussée intérieure, dans laquelle est installé ledit insert magnétique annulaire correspondant, dans lequel lesdits manchons annulaires des modules d'ensemble de paliers statoriques sont accouplés par leur paroi latérale cylindrique intérieure à l'un desdits paliers d'appui, dont les autres sont couplés à les parois des trous centraux aux extrémités desdits verres respectifs, les coquilles annulaires du rotor annulaire sont rigidement reliées à l'arbre de support au moyen d'ensembles de fixation, et le circuit magnétique annulaire dans le module correspondant de l'ensemble de palier statorique est monté sur le manchon annulaire spécifié, fixé rigidement par sa bride extérieure de poussée à la paroi latérale cylindrique du verre et formant avec cette dernière une cavité annulaire dans laquelle se trouve le dispositif un circuit magnétique annulaire correspondant avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit de stator correspondant. Une différence supplémentaire de la génératrice synchrone proposée avec excitation par aimants permanents est que chacun des ensembles de fixation reliant la virole annulaire du rotor annulaire à l'arbre de support comprend un moyeu monté sur l'arbre de support avec une bride fixée rigidement à la bride de poussée interne de la virole annulaire correspondante.
Une différence supplémentaire du générateur synchrone proposé avec excitation par des aimants permanents est que l'entraînement pour la rotation angulaire des modules de l'unité de support de stator les uns par rapport aux autres est monté au moyen d'une unité de support sur les modules de l'unité de support de stator.
De plus, l'entraînement pour l'inversion angulaire des modules de l'unité de support de stator les uns par rapport aux autres est réalisé sous la forme d'un mécanisme à vis avec une vis-mère et un écrou, et l'unité de support pour l'entraînement pour l'inversion angulaire des sections de l'unité de support de stator comprend une patte de support fixée sur l'un desdits verres, et une barre de support sur l'autre verre, dans lequel la vis-mère est reliée de manière pivotante par une charnière à deux degrés à une extrémité au moyen d'un axe parallèle à la l'axe dudit arbre de support, avec la barre de support spécifiée réalisée avec une fente de guidage située le long d'un arc de cercle, et l'écrou du mécanisme à vis est relié à pivotement par une extrémité audit oeillet, réalisé à l'autre extrémité avec un tige passée à travers une fente de guidage dans la barre de support, et est équipée d'un élément de verrouillage.
L'essence de l'invention est illustrée par des dessins.
La figure 1 montre une vue générale de la génératrice synchrone proposée avec excitation par des aimants permanents en coupe longitudinale ;
la figure 2 est une vue A de la figure 1 ;
La figure 3 montre un schéma de principe du circuit d'excitation magnétique d'une génératrice synchrone dans un mode de réalisation avec des circuits électriques triphasés des enroulements d'induit du stator en position initiale initiale (sans déplacement angulaire des phases correspondantes du même nom dans les modules de l'ensemble palier stator) pour le nombre de paires de pôles statoriques p = 8 ;
Sur la Fig.4 - la même chose, avec les phases des circuits électriques triphasés des enroulements d'induit du stator, déployés les uns par rapport aux autres dans une position angulaire à un angle égal à 360 / 2p degrés;
La figure 5 montre une variante circuit électrique connexions des enroulements d'induit du stator d'une génératrice synchrone avec une connexion en étoile des phases de la génératrice et une connexion en série des mêmes phases dans les phases communes qu'elles forment;
la figure 6 montre une autre version du schéma électrique des connexions des enroulements d'induit du stator d'une génératrice synchrone avec une connexion en triangle des phases de la génératrice et une connexion en série des mêmes phases dans les phases communes qu'elles forment ;
La figure 7 montre un diagramme vectoriel schématique de l'évolution de l'amplitude des tensions de phase du générateur synchrone pendant la rotation angulaire des phases correspondantes du même nom des enroulements d'induit du stator (respectivement des modules de l'unité de palier du stator) par l'angle correspondant et lorsque ces phases sont connectées selon le schéma "en étoile" ;
Sur la Fig.8 - la même chose, lors de la connexion des phases des enroulements d'induit du stator selon le schéma "triangle";
La figure 9 montre un diagramme avec un graphique de la dépendance de la tension de ligne de sortie du générateur synchrone sur l'angle de rotation géométrique des mêmes phases des enroulements d'induit du stator avec l'angle de rotation électrique correspondant du vecteur de tension dans le phase pour connecter les phases selon le schéma "étoile" ;
La figure 10 montre un diagramme montrant la dépendance de la tension de ligne de sortie du générateur synchrone sur l'angle de rotation géométrique des mêmes phases des enroulements d'induit du stator avec l'angle de rotation électrique correspondant du vecteur de tension dans la phase pour connecter les phases selon le schéma du "triangle".
Une génératrice synchrone à excitation par aimants permanents contient une unité de palier statorique avec des paliers d'appui 1, 2, 3, 4, sur laquelle est monté un groupe de circuits magnétiques annulaires identiques 5 (par exemple, sous la forme de disques monolithiques en poudre matériau magnétique doux composite) avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipées de bobines électriques 6 placées dessus avec multiphase (par exemple, triphasé, et en cas général m-phase) enroulements d'induit 7, 8 du stator, montés sur l'arbre de support 9 avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés 1, 2, 3, 4 autour de l'unité de palier du stator un groupe de rotors annulaires identiques 10, avec des chemises magnétiques annulaires montées sur les parois latérales intérieures 11 (par exemple, sous la forme d'anneaux magnétiques monolithiques en matériau magnétoanisotrope en poudre) avec une alternance dans le sens circonférentiel de pôles magnétiques de p-paires (dans ce mode de réalisation du générateur, le nombre de paires p de pôles magnétiques est 8), recouvrant les saillies polaires avec des bobines électriques 6 des enroulements d'induit 7, 8 des circuits magnétiques annulaires spécifiés 5 du stator. L'ensemble palier statorique est constitué d'un groupe de modules identiques, dont chacun comprend un manchon annulaire 12 avec une bride de poussée externe 13 et un verre 14 avec un trou central "a" à l'extrémité 15 et une paroi cylindrique latérale 16. Chacun des rotors annulaires 10 comprend une coquille annulaire 17c bride de poussée interne 18. Les bagues annulaires 12 des modules d'unité de palier de stator sont accouplées avec leur paroi latérale cylindrique intérieure avec l'un des paliers de support mentionnés (avec les paliers de support 1, 3), d'autres dont (paliers supports 2, 4) sont accouplés avec les parois des trous centraux "a" aux extrémités 15 desdits verres respectifs 14. Les viroles annulaires 17 des rotors annulaires 10 sont rigidement reliées à l'arbre support 9 par des moyens d'assemblage de fixation, et chacun des circuits magnétiques annulaires 5 dans le module correspondant du palier statorique est monté sur le manchon annulaire spécifié 12 fixé rigidement avec sa bride de poussée externe 13 à une paroi cylindrique latérale 16 du verre 14 et formant d avec la dernière cavité annulaire "b", dans laquelle se trouve le circuit magnétique annulaire correspondant spécifié 5 avec les bobines électriques 6 de l'enroulement d'induit correspondant (enroulements d'induit 7, 8) du stator. Les modules de l'ensemble palier stator (les douilles annulaires 12 avec les coupelles 14 formant ces modules) sont installés avec la possibilité de leur rotation les uns par rapport aux autres autour d'un axe coaxial à l'arbre support 9, et sont équipés d'un entraînement cinématiquement lié pour leur rotation angulaire les uns par rapport aux autres, montés au moyen de l'ensemble support sur les modules du support statorique. Chacune des fixations reliant la virole annulaire 17 du rotor annulaire correspondant 10 à l'arbre de support 9 comprend un moyeu 19 monté sur l'arbre de support 9 avec une bride 20 solidaire de la bride de poussée interne 18 de la virole annulaire correspondante 17. L'entraînement pour l'inversion angulaire des modules de l'unité de support de stator les uns par rapport aux autres dans le mode de réalisation particulier représenté est réalisé sous la forme d'un mécanisme à vis avec une vis-mère 21 et un écrou 22, et l'unité de support pour l'entraînement pour l'inversion angulaire des sections de l'ensemble porte-stator comprend une patte d'appui 23 fixée sur l'une desdites glaces 14, et sur l'autre glace 14 la barre d'appui 24. La vis-mère 21 est reliée pivotante par une charnière à deux degrés (charnière à deux degrés de liberté) par une extrémité "in" au moyen d'un axe 25 parallèle à l'axe O-O1 dudit arbre de support 9, avec ladite barre de support 24 réalisée avec située le long d'un arc de cercle avec une fente de guidage" d", et l'écrou 22 du mécanisme à vis est articulé à une extrémité avec ladite patte de support 23, est réalisé à l'autre extrémité avec une tige 26 passée à travers la fente de guidage "d" dans la barre de support 24, et est équipé d'un élément de blocage 27 (contre-écrou). A l'extrémité de l'écrou 22, liée de manière pivotante à la patte de support 23, un élément de blocage supplémentaire 28 (écrou de blocage supplémentaire) est installé. L'arbre support 9 est équipé de ventilateurs 29 et 30 pour le refroidissement des enroulements induits 7, 8 du stator, dont l'un (29) est situé à l'une des extrémités de l'arbre support 9, et l'autre (30) est situé entre les sections du palier statorique et est monté sur l'arbre de support 9. Les bagues annulaires 12 sections de l'ensemble palier statorique sont réalisées avec des trous de ventilation "d" sur les brides de poussée externes 13 pour le passage du flux d'air dans l'anneau correspondant cavités "b" formées par les douilles annulaires 12 et les verres 14, et pour refroidir ainsi les enroulements d'ancrage 7 et 8 situés dans les bobines électriques 6 sur les saillies polaires des circuits magnétiques annulaires 5. A l'extrémité de l'arbre support 9, sur laquelle se trouve le ventilateur 29, une poulie à courroie trapézoïdale 31 est montée pour entraîner en rotation les rotors annulaires 10 de la génératrice synchrone. Le ventilateur 29 est fixé directement sur la poulie 31 de la transmission à courroie trapézoïdale. A l'autre extrémité de la vis-mère 21 du mécanisme à vis, la poignée 32 pour la commande manuelle du mécanisme à vis de l'entraînement pour la rotation angulaire des modules de l'unité de support de stator les uns par rapport aux autres est installée. Les phases du même nom (A1, B1, C1 et A2, B2, C2) des enroulements d'induit dans les circuits magnétiques circulaires 5 modules du palier statorique sont interconnectés, formant des phases communes du générateur (connexion des mêmes phases en général, à la fois série et parallèle, ainsi que composé ). Les pôles magnétiques du même nom ("nord" et, par conséquent, "sud") des chemises magnétiques annulaires 11 des rotors annulaires 10 dans les modules adjacents de l'ensemble de palier de stator sont situés de manière congruente les uns aux autres dans les mêmes plans radiaux . Dans le mode de réalisation présenté, les extrémités des phases (A1, B1, C1) de l'enroulement d'induit (enroulement 7) dans le circuit magnétique circulaire 5 d'un module de l'unité porte-stator sont connectées aux débuts des mêmes phases (A2 , B2, C2) de l'enroulement d'induit (enroulement 8) dans l'autre module adjacent de l'ensemble de palier de stator, formant en série les unes avec les autres les phases communes de l'enroulement d'induit de stator.
Un générateur synchrone à excitation par aimant permanent fonctionne comme suit.
De l'entraînement (par exemple, d'un moteur à combustion interne, principalement un moteur diesel, non représenté sur le dessin) par la poulie à courroie trapézoïdale 31, le mouvement de rotation est transmis à l'arbre de support 9 avec des rotors annulaires 10. Lorsque les rotors annulaires 10 (enveloppes annulaires 17) avec des chemises magnétiques annulaires 11 (par exemple des bagues magnétiques monolithiques en matériau magnétoanisotrope en poudre) créent des flux magnétiques tournants qui pénètrent dans l'entrefer annulaire d'air entre les chemises magnétiques annulaires 11 et les noyaux magnétiques annulaires 5 (par exemple , disques monolithiques constitués d'un matériau composite pulvérulent magnétiquement doux) des modules du palier statorique, ainsi que pénétrant les saillies polaires radiales (conventionnellement non représentées sur le dessin) des circuits magnétiques annulaires 5. Lorsque les rotors annulaires 10 tournent, les passage alterné des pôles magnétiques alternatifs « nord » et « sud » des chemises magnétiques annulaires 11 sur les saillies polaires radiales de l'anneau noyaux magnétiques 5 modules de l'unité de support de stator, provoquant des pulsations du flux magnétique tournant à la fois en amplitude et en direction dans les saillies polaires radiales desdits noyaux magnétiques annulaires 5. Dans ce cas, des forces électromotrices (CEM) variables sont induites dans le enroulements d'induit 7 et 8 du stator avec un déphasage mutuel dans chacun des enroulements d'induit m-phase 7 et 8 à un angle égal à 360 / m degrés électriques, et pour les enroulements d'induit triphasés 7 et 8 présentés dans leur phases (A1, B1, C1 et A2, B2, C2) force électromotrice variable (FEM) sinusoïdale avec un déphasage entre elles d'un angle de 120 degrés et avec une fréquence égale au produit du nombre de paires (p) des pôles magnétiques dans l'insert magnétique annulaire 11 par la fréquence de rotation des rotors annulaires 10 (pour le nombre de paires de pôles magnétiques p = 8, une EMF variable est induite majoritairement de fréquence augmentée, par exemple, avec une fréquence de 400 Hz) . Courant alternatif (par exemple triphasé ou, dans le cas général, m-phase) circulant dans l'enroulement commun d'induit du stator formé par la connexion susmentionnée des mêmes phases (A1, B1, C1 et A2, B2, C2 ) des enroulements d'induit 7 et 8 dans les circuits magnétiques annulaires adjacents 5, est alimenté aux connecteurs d'alimentation électrique de sortie (non représentés sur le dessin) pour connecter des récepteurs de courant alternatif (par exemple, pour connecter des moteurs électriques, des outils électriques, des pompes électriques, appareils de chauffage, ainsi que pour le raccordement d'équipements de soudage électriques, etc.) ). Dans le mode de réalisation présenté du générateur synchrone, la tension de phase de sortie (Uph) dans l'enroulement d'induit du stator commun (formé par la connexion susmentionnée correspondante des mêmes phases des enroulements d'induit 7 et 8 dans les circuits magnétiques annulaires 5) dans la position initiale initiale des modules du bloc stator (sans déplacement angulaire entre eux) les uns par rapport aux autres de ces modules du bloc stator et, par conséquent, sans déplacement angulaire les uns par rapport aux autres des circuits magnétiques annulaires 5 à pôle saillies le long de la périphérie) est égal à la somme modulo des tensions de phase individuelles (Uph1 et Uph2) dans les enroulements d'induit 7 et 8 des circuits magnétiques annulaires des modules de l'ensemble support de stator (dans le cas général, la puissance totale la tension de phase Uf du générateur est égale à la somme géométrique des vecteurs de tension dans les phases individuelles du même nom A1, B1, C1 et A2, B2, C2 des enroulements d'induit 7 et 8, voir les figures 7 et 8 avec diagrammes de tension). S'il est nécessaire de modifier (diminuer) la valeur de la tension de phase de sortie Uph (et, par conséquent, la tension de ligne de sortie U l) du générateur synchrone présenté pour alimenter certains récepteurs de puissance avec une tension réduite (par exemple, pour le soudage à l'arc électrique avec courant alternatif dans certains modes), une inversion angulaire des modules individuels de l'unité de support est effectuée stator les uns par rapport aux autres à un certain angle (réglé ou calibré). Dans ce cas, l'élément de blocage 27 de l'écrou 22 du mécanisme à vis de l'entraînement en rotation angulaire des modules du palier statorique est déverrouillé et au moyen de la poignée 32 la vis-mère 21 du mécanisme à vis est entraînée en rotation , de sorte que l'écrou 22 se déplace angulairement selon un arc de cercle dans la fente "g" de la barre support 24 et l'inversion d'un angle donné d'un des modules du palier statorique par rapport à la autre module de cette unité de palier de stator autour de l'axe O-O1 de l'arbre de support 9 (dans le mode de réalisation présenté de la génératrice à inductance synchrone, le module de l'unité de palier de stator est tourné, sur lequel la patte de support 23 est montée, tandis qu'un autre module de l'ensemble palier stator avec une barre de support 24 ayant une fente "g" est dans une position fixe, c'est-à-dire qu'il est fixé sur une certaine base, non représentée de manière conventionnelle sur le dessin représenté). Avec la rotation angulaire des modules du palier statorique (bagues annulaires 12 avec verres 14) les uns par rapport aux autres autour de l'axe O-O1 de l'arbre de support 9, la rotation des circuits magnétiques circulaires 5 avec des saillies polaires le long de la périphérie l'une par rapport à l'autre à un angle donné est également effectuée, de sorte que la rotation est également effectuée à un angle donné l'une par rapport à l'autre autour de l'axe O-O1 de l'arbre de support 9 des projections polaires elles-mêmes (non représenté sur le dessin) avec des bobines électriques 6 d'enroulements d'induit de stator polyphasés (dans ce cas, triphasés) 7 et 8 dans des circuits magnétiques circulaires. Lorsque les projections polaires des circuits magnétiques circulaires 5 sont tournées les unes par rapport aux autres d'un angle donné à moins de 360 / 2p degrés, une rotation proportionnelle des vecteurs de tension de phase dans l'enroulement d'induit du module mobile de l'unité de palier de stator se produit (en dans ce cas, la rotation des vecteurs de tension de phase Uph2 dans l'enroulement d'induit 7 du module d'unité de support se produit. stator, ayant la possibilité de rotation angulaire) à un angle bien défini compris entre 0 et 180 degrés électriques (voir les figures 7 et 8), ce qui entraîne une modification de la tension de phase de sortie résultante Uph du générateur synchrone en fonction de l'angle de rotation électrique des vecteurs de tension de phase Uph2 dans les phases A2, B2, C2 d'un enroulement d'induit de stator 7 par rapport à la tension de phase vecteurs Uf1 dans les phases A1, B1, C1 d'un autre enroulement d'induit statorique 8 (cette dépendance a un caractère calculé, calculé par la solution de triangles obliques et est déterminé par l'expression suivante :
La plage de régulation de la tension de phase résultante de sortie Uph du générateur synchrone présenté pour le cas où Uph1 = Uph2 variera de 2Uph1 à 0, et pour le cas où Uph2 Mise en œuvre de l'unité porte-stator à partir d'un groupe de modules identiques avec le circuit magnétique annulaire 5 et le rotor annulaire 10 indiqués, montés sur un arbre support 9, ainsi que l'installation des modules de l'unité porte-stator avec la possibilité de les faire tourner par rapport à autour d'un axe coaxial à l'arbre support 9, alimentation des modules du palier statorique par un entraînement cinématiquement lié de leur rotation angulaire l'un par rapport à l'autre et la connexion des mêmes phases des enroulements d'induit 7 et 8 dans les modules de l'unité de palier du stator avec la formation de phases communes de l'enroulement d'induit du stator permettent d'étendre les paramètres de fonctionnement du générateur synchrone en offrant la possibilité de réguler sa puissance active, ainsi que d'assurer la possibilité de réguler la tension de sortie de courant alternatif, ainsi que d'assurer la possibilité de l'utiliser comme source de courant de soudage lors de la réalisation de soudage à l'arc électrique dans divers modes tension de déphasage dans les mêmes phases A1, B1, C1 et A2, B2, C2, et dans le cas général dans les phases Ai, Bi, Ci des enroulements d'induit du stator dans le générateur synchrone proposé). 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. De plus, l'agencement supplémentaire des pôles magnétiques du même nom ("nord" et, par conséquent, "sud") des chemises magnétiques annulaires 11 dans les rotors annulaires adjacents 10 sont congruents les uns aux autres dans les mêmes plans radiaux, ainsi comme la connexion des extrémités des phases A1, B1, C1 de l'enroulement d'induit 7 dans le circuit magnétique annulaire 5 d'un module de l'ensemble palier stator avec le début des mêmes phases A2, B2, C2 de l'enroulement d'induit 8 dans le module adjacent de l'ensemble palier statorique (connexion en série des mêmes phases de l'enroulement d'induit statorique entre elles) permettent d'assurer une régulation fluide et efficace de la tension de sortie de l'alternateur synchrone à partir de la valeur maximale (2U f1, et dans le cas général pour le nombre n de sections du palier statorique nU f1) à 0, qui peut également être utilisé pour alimenter en électricité des machines et installations électriques spéciales. 1. Une génératrice synchrone avec excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble de paliers statoriques avec des paliers de support, sur lequel un circuit magnétique annulaire est monté avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un enroulement d'induit polyphasé du stator , monté sur l'arbre de support avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés autour du circuit magnétique du stator annulaire un rotor annulaire avec une chemise magnétique annulaire montée sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques de paires p alternant dans le sens circonférentiel, couvrant les saillies polaires à bobines électriques de l'enroulement d'induit dudit circuit magnétique statorique annulaire, caractérisé en ce que l'ensemble palier statorique est constitué d'un groupe de modules identiques avec le circuit magnétique annulaire indiqué et le rotor annulaire monté sur un arbre support, tandis que les modules de l'ensemble palier statorique sont installés avec la possibilité de leur rotation les uns par rapport aux autres autour de l'axe et, coaxial à l'arbre de support, et équipé d'un entraînement connecté cinématiquement pour leur rotation angulaire l'un par rapport à l'autre, et les phases similaires des enroulements d'induit dans les modules de l'ensemble de palier de stator sont interconnectées, formant des phases communes de l'induit de stator enroulement. 2. Alternateur synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pôles magnétiques du même nom des chemises magnétiques annulaires des rotors annulaires dans des modules adjacents de l'ensemble palier statorique sont situés de manière congruente les uns aux autres dans le mêmes plans radiaux, et les extrémités des phases de l'enroulement d'induit dans un module des unités de palier statorique sont connectées au début des mêmes phases de l'enroulement d'induit dans un autre module adjacent de l'unité de palier de stator, formant en relation avec les phases communes de l'enroulement d'induit du stator. 3. Alternateur synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des modules de l'ensemble porte-stator comprend un manchon annulaire avec une bride de poussée externe et un verre avec un trou central à l'extrémité, et le rotor dans chacun des modules de l'unité porte-stator comprend une virole annulaire avec une bride de poussée interne, dans laquelle est installé ledit insert magnétique annulaire correspondant, tandis que lesdites douilles annulaires des modules de l'unité porte-stator sont accouplées avec leur paroi latérale cylindrique avec l'un desdits paliers de support, dont d'autres sont conjugués avec les parois des trous centraux aux extrémités desdits verres respectifs, les coquilles annulaires du rotor annulaire sont rigidement reliées à l'arbre de support au moyen de fixations , et le circuit magnétique annulaire dans le module correspondant de l'unité de palier statorique est monté sur le manchon annulaire spécifié fixé rigidement par sa bride de poussée externe à la paroi cylindrique latérale de l'empilement ana et formant, avec ce dernier, une cavité annulaire dans laquelle se trouve le circuit magnétique annulaire correspondant spécifié avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit de stator correspondant. 4. Alternateur synchrone à excitation par aimant permanent selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun des ensembles de fixation reliant la virole annulaire du rotor annulaire à l'arbre support comprend un moyeu monté sur l'arbre support avec un flasque fixée rigidement à la bride de poussée interne de la virole correspondante. 5. Alternateur synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entraînement en rotation angulaire des modules de l'unité porte-stator les uns par rapport aux autres est monté au moyen de l'unité de support sur les modules de l'unité porte-stator . 6. Alternateur synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entraînement en rotation angulaire des modules de l'ensemble porte-stator les uns par rapport aux autres est réalisé sous la forme d'un mécanisme à vis avec une vis mère et un écrou, et l'unité de support de l'entraînement pour la rotation angulaire des modules de l'unité de support de stator comporte fixée sur l'une desdits verres une patte de support, et sur l'autre verre une barre de support, tandis que la vis mère est reliée pivotante par un charnière à deux degrés à une extrémité au moyen d'un axe parallèle à l'axe dudit arbre de support, avec la barre de support spécifiée réalisée avec une fente de guidage située le long d'un arc de la circonférence, et l'écrou du mécanisme à vis est relié de manière pivotante à une extrémité avec ladite patte, est réalisée à l'autre extrémité avec une tige passée dans une fente de guidage de la barre de support, et est munie d'un élément de verrouillage. 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 ces génératrices. Deux générateurs synchrones à disques de puissance et de conception différentes ont été testés. Le premier générateur est un petit générateur à disque synchrone avec un seul disque magnétique de 6" de diamètre, avec six paires de pôles, et un disque d'enroulement avec douze enroulements. Ce générateur est montré sur le banc d'essai (Photo #1), et ses tests complets sont décrits dans mon article intitulé : Études expérimentales de l'efficacité énergétique de l'obtention d'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, comme 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. 1. N'utilisez en aucun cas des circuits magnétiques ouverts, cela entraîne une forte dissipation et une sous-utilisation du champ magnétique. Et enfin, je vous souhaite persévérance et patience dans la création Dmitri Levkine La principale différence entre un moteur synchrone à aimants permanents (PMSM) réside dans le rotor. Des études ont montré que PMSM a environ 2% de plus qu'un moteur à induction à haut rendement (IE3), à condition que le stator ait la même conception et que la même commande soit utilisée. Dans le même temps, les moteurs électriques synchrones à aimants permanents, par rapport aux autres moteurs électriques, ont de meilleurs indicateurs : puissance / volume, moment / inertie, etc. Un moteur synchrone à aimants permanents, comme tout autre, se compose d'un rotor et d'un stator. Le stator est la partie fixe, le rotor est la partie tournante. Habituellement, le rotor est situé à l'intérieur du stator du moteur électrique, il existe également des conceptions avec un rotor externe - des moteurs électriques de type inversé. Conceptions de moteurs synchrones à aimants permanents : la gauche est standard, la droite est inversée. Rotor se compose d'aimants permanents. Des matériaux à force coercitive élevée sont utilisés comme aimants permanents. Un moteur électrique à pôles implicitement exprimés a une inductance égale le long des axes longitudinal et transversal L d = L q, tandis que pour un moteur électrique à pôles prononcés, l'inductance transversale n'est pas égale à la longitudinale L q L d. Section de rotors avec différents rapports Ld/Lq. Les aimants sont indiqués en noir. Les figures e, f montrent des rotors stratifiés axialement, les figures c et h montrent des rotors avec des barrières. Rotor de moteur synchrone à aimants permanents monté en surface Rotor de moteur synchrone avec aimants intégrés Stator se compose d'un corps et d'un noyau avec un enroulement. Les conceptions les plus courantes sont à enroulement biphasé et triphasé. Distribué appelé enroulement dans lequel le nombre d'encoches par pôle et phase Q = 2, 3, ...., k. Concentré appelé enroulement dans lequel le nombre d'encoches par pôle et phase Q = 1. Dans ce cas, les encoches sont régulièrement réparties sur la circonférence du stator. Les deux bobines formant le bobinage peuvent être connectées en série ou en parallèle. Le principal inconvénient de tels enroulements est l'impossibilité d'influencer la forme de la courbe EMF. Schéma d'enroulement distribué triphasé Circuit d'enroulement localisé triphasé La forme de la courbe EMF dans le conducteur est déterminée par la courbe de distribution de l'induction magnétique dans l'entrefer autour de la circonférence du stator. On sait que l'induction magnétique dans l'entrefer sous le pôle prononcé du rotor a une forme trapézoïdale. La CEM induite dans le conducteur a la même forme. S'il est nécessaire de créer une CEM sinusoïdale, les pièces polaires sont formées de telle sorte que la courbe de distribution de l'induction soit proche de la sinusoïdale. Ceci est facilité par les chanfreins des pièces polaires du rotor. Le principe de fonctionnement d'un moteur synchrone repose sur l'interaction du stator et du champ magnétique constant du rotor. Cours Arrêter Champ magnétique tournant d'un moteur synchrone Le champ magnétique du rotor, interagissant avec le courant alternatif synchrone des enroulements du stator, selon, crée, forçant le rotor à tourner (). Des aimants permanents situés sur le rotor PMSM créent un champ magnétique constant. Lorsque la vitesse du rotor est synchrone avec le champ du stator, les pôles du rotor sont verrouillés avec le champ magnétique tournant du stator. À cet égard, le PMSM ne peut pas démarrer lui-même lorsqu'il est connecté directement à un réseau de courant triphasé (la fréquence actuelle dans le réseau est de 50 Hz). Un moteur synchrone à aimants permanents nécessite par exemple un système de contrôle ou un servomoteur. Dans le même temps, il existe un grand nombre de méthodes de contrôle mises en œuvre par les systèmes de contrôle. Le choix de la méthode de commande optimale dépend principalement de la tâche qui est définie pour l'entraînement électrique. Les principales méthodes de contrôle d'un moteur synchrone à aimants permanents sont présentées dans le tableau ci-dessous. Méthodes populaires pour contrôler un moteur synchrone à aimant permanent Pour résoudre des tâches simples, un contrôle trapézoïdal utilisant des capteurs à effet Hall (par exemple, des ventilateurs d'ordinateur) est généralement utilisé. Pour les tâches qui nécessitent des performances maximales de la part de l'entraînement électrique, une commande orientée champ est généralement choisie. L'une des méthodes de commande les plus simples pour un moteur synchrone à aimant permanent est la commande trapézoïdale. Le contrôle trapézoïdal est utilisé pour contrôler le PMSM avec une EMF arrière trapézoïdale. Dans le même temps, cette méthode permet également de contrôler le PMSM avec une force contre-électromotrice sinusoïdale, mais le couple moyen de l'entraînement électrique sera alors inférieur de 5% et l'ondulation du couple sera de 14% de la valeur maximale. Il existe une commande trapézoïdale en boucle ouverte avec retour de position du rotor. Contrôler sans retour pas optimal et peut conduire à une désynchronisation du PMSM, c'est-à-dire à la perte de contrôlabilité. En tant que capteur de position du rotor pour le contrôle trapézoïdal d'un PMSM triphasé, trois capteurs à effet Hall intégrés au moteur électrique sont généralement utilisés, ce qui permet de déterminer l'angle avec une précision de ± 30 degrés. Avec cette commande, le vecteur de courant statorique ne prend que six positions pendant une période électrique, ce qui entraîne des ondulations de couple à la sortie. Grâce au développement explosif des microprocesseurs depuis les années 1970, des méthodes de contrôle vectoriel sans capteur pour le courant alternatif sans balai ont été développées. Les premières méthodes sans capteur pour déterminer l'angle étaient basées sur la propriété d'un moteur électrique à générer des CEM en retour pendant la rotation. L'EMF arrière du moteur contient des informations sur la position du rotor. Par conséquent, en calculant la valeur de l'EMF arrière dans un système de coordonnées stationnaire, vous pouvez calculer la position du rotor. Mais, lorsque le rotor ne bouge pas, il n'y a pas de force contre-électromotrice, et à basse vitesse, la force contre-électromotrice a une faible amplitude, ce qui est difficile à distinguer du bruit, donc cette méthode ne convient pas pour déterminer la position du rotor du moteur à basses vitesses. Actuellement uniquement possible pour les moteurs avec un rotor à pôles prononcés.RÉCLAMER
Les tensions alternatives de sortie des générateurs ont été redressées, lissées par de gros condensateurs, et les courants et tensions dans les deux générateurs ont été mesurés en courant continu avec des multimètres numériques de 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 de la caractéristique externe 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, alors avec la distance de cette surface, elle diminue , 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 également 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 force de champ 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 croissant de l'aimant et la courbe des caractéristiques externes du 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 nouvelle augmentation 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, avec 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 là, on peut 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 nous prenons deux aimants identiques et connectons 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 abaissée 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 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 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 démultiplication, 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. La principale caractéristique distinctive des caractéristiques externes d'un grand générateur est que même à faible courant de charge, elles 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 lui-même, ne peut pas surmonter le champ des aimants permanents. Par conséquent, les recommandations suivantes peuvent être faites pour les développeurs de générateurs à aimants permanents CE :
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. Dans ce champ avec MDS doublé, les bobines à noyaux ferromagnétiques ne peuvent pas être placées, 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 un 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 la conception la plus 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.
un vrai générateur.Conceptions et types de moteurs synchrones à aimants permanents
Selon la conception du rotor, les moteurs synchrones sont divisés en :
De plus, selon la conception du rotor, les SDPM sont divisés en :
(Anglais SPMSM - moteur synchrone à aimant permanent de surface) ;
(Anglais IPMSM - moteur synchrone à aimant permanent intérieur).
Selon la conception du stator, un moteur synchrone à aimants permanents peut être :
Retour Formulaire EMF le moteur électrique peut être :
Commande de moteur synchrone à aimant permanent
Contrôler
Avantages
désavantages
Sinusoïdale
Schéma de contrôle simple
Avec capteur de position
Réglage fluide et précis de la position du rotor et du régime moteur, large plage de réglage
Nécessite un capteur de position du rotor et un puissant microcontrôleur pour le système de contrôle
Sans capteur de position
Aucun capteur de position du rotor requis. Réglage fluide et précis de la position du rotor et du régime moteur, large plage de réglage, mais moins qu'avec un capteur de position
Contrôle orienté champ sans capteur sur toute la plage de vitesse uniquement possible pour PMSM avec un rotor à pôles prononcés, un système de contrôle puissant est requis
Circuit de contrôle simple, bonnes caractéristiques dynamiques, large plage de contrôle, aucun capteur de position du rotor requis
Couple et courant d'ondulation élevés
trapézoïdale
Pas de retour d'information
Schéma de contrôle simple
Le contrôle n'est pas optimal, ne convient pas aux tâches où la charge change, une perte de contrôle est possible
Avec commentaires
Avec capteur de position (capteurs Hall)
Schéma de contrôle simple
Capteurs à effet Hall requis. Il y a des ondulations de couple. Conçu pour contrôler le PMSM avec une force électromagnétique arrière trapézoïdale, lors du contrôle du PMSM avec une force électromotrice arrière sinusoïdale, le couple moyen est inférieur de 5 %.
Sans capteur
Système de contrôle plus puissant requis
Ne convient pas aux bas régimes. Il y a des ondulations de couple. Conçu pour contrôler le PMSM avec une force électromagnétique arrière trapézoïdale, lors du contrôle du PMSM avec une force électromotrice arrière sinusoïdale, le couple moyen est inférieur de 5 %.
Contrôle trapézoïdal
Contrôler avec commentaires Peut être divisé en:
Il existe deux manières de déterminer la position du rotor :
Commande orientée sur le terrain du PMSM par capteur de position
Les types de capteurs suivants sont utilisés comme capteur d'angle :
Commande orientée sur le terrain du PMSM sans capteur de position
Il existe deux options courantes pour lancer le PMSM :
