Générateurs synchrones à aimants permanents. Générateur électrique synchrone en bout avec excitation par aimant permanent Générateurs à excitation magnétique

Dans les machines synchrones de ce type, un champ d'excitation constamment dirigé est formé en utilisant aimants permanents. Machines synchronesà aimants permanents n'ont pas besoin d'excitateur et, en raison de l'absence de pertes d'excitation et du contact glissant, ils ont un rendement élevé, leur fiabilité est nettement supérieure à celle des machines synchrones classiques, dans lesquelles l'enroulement d'excitation rotatif et le dispositif à balais sont souvent endommagés; de plus, ils ne nécessitent pratiquement aucun entretien pendant toute leur durée de vie.
Les aimants permanents peuvent remplacer l'enroulement de champ aussi bien dans les machines synchrones polyphasées classiques que dans toutes les conceptions spéciales décrites ci-dessus (machines synchrones monophasées, machines synchrones à pôles bec et machines à inductance).
Les machines synchrones à aimants permanents diffèrent de leurs homologues électriques. excitation magnétique la conception de systèmes magnétiques inducteurs. Un analogue du rotor d'une machine synchrone à pôles implicites classique est un aimant cylindrique en forme d'anneau magnétisé dans le sens radial (Fig. 6).

Systèmes magnétiques inducteurs avec aimants cylindriques et en forme d'étoile ;
a - un aimant en forme d'étoile sans patins polaires ; b - aimant cylindrique quadripolaire

Riz. 2. Rotor à pôles à griffes, excité par un aimant permanent :
1 - aimant permanent en anneau ; 2 - disque avec un système de pôles sud; 3 - disque avec le système du pôle Nord

Le rotor à pôles saillants d'une machine conventionnelle à excitation électromagnétique est analogue au rotor à aimant en forme d'étoile selon la Fig. 1, a, dans laquelle l'aimant 1 est fixé à l'arbre 3 par coulée à partir d'un alliage d'aluminium 2.

Dans un rotor à pôles en forme de griffe (Fig. 2), un aimant annulaire, magnétisé dans le sens axial, remplace l'enroulement de champ annulaire. Dans une machine à inductance à pôles différents selon la Fig. l'excitation électromagnétique peut être remplacée par une excitation magnétique, comme le montre la fig. 3 (au lieu de trois petites dents dans chacune des zones I-IV, il y a une dent dans chacune des zones). Un analogue correspondant avec excitation magnétique est également disponible pour une machine du même nom. L'aimant permanent peut alors se présenter sous la forme d'un anneau aimanté axialement, qui est interposé entre le châssis et le flasque.

Riz. 3. Générateur inductif à pôles opposés à excitation magnétoélectrique :
ОЯ - enroulement d'induit; PM - aimant permanent
Pour décrire les processus électromagnétiques dans les machines synchrones à aimants permanents, la théorie des machines synchrones à excitation électromagnétique est tout à fait appropriée, dont les fondements sont exposés dans les chapitres précédents de la section. Cependant, afin d'utiliser cette théorie et de l'appliquer pour calculer les caractéristiques d'une machine synchrone à aimants permanents en mode générateur ou moteur, il faut d'abord déterminer la FEM E au repos, ou le coefficient d'excitation r = Ef / U, à partir du courbe de démagnétisation d'un aimant permanent, et calculer les réactances inductives Xad et X, en tenant compte de l'influence de la résistance magnétique de l'aimant, qui peut être si importante que Xa (1< Xaq.
Les machines à aimants permanents ont été inventées depuis les débuts de l'électromécanique. Cependant, ils ont été largement utilisés ces dernières décennies dans le cadre du développement de nouveaux matériaux pour aimants permanents à haute énergie magnétique spécifique (comme par exemple le magnico ou les alliages à base de samarium et de cobalt). Les machines synchrones avec de tels aimants peuvent rivaliser avec machines synchrones ayant une excitation électromagnétique.

La puissance des génératrices synchrones à grande vitesse à aimants permanents pour alimenter le réseau de bord des avions atteint des dizaines de kilowatts. Les générateurs et moteurs à aimants permanents de faible puissance sont utilisés dans les avions, les voitures, les tracteurs, où leur haute fiabilité est d'une importance primordiale. En tant que moteurs batterie faible ils sont largement utilisés dans de nombreux autres domaines technologiques. Par rapport aux moteurs à réaction, ils ont une stabilité de vitesse plus élevée, de meilleures performances énergétiques, inférieurs à eux en termes de coût et de propriétés de démarrage.
Selon les méthodes de démarrage, les moteurs synchrones de faible puissance à aimants permanents sont divisés en moteurs à démarrage automatique et moteurs à démarrage asynchrone.
Les moteurs à aimants permanents de faible puissance à démarrage automatique sont utilisés pour entraîner des mécanismes d'horloge et divers relais, divers dispositifs logiciels, etc. La puissance nominale de ces moteurs ne dépasse pas quelques watts (généralement des fractions de watt). Pour faciliter le démarrage, les moteurs sont multipolaires (p>8) et alimentés par un réseau monophasé à fréquence industrielle.
Dans notre pays, de tels moteurs sont produits dans la série DSM, dans laquelle une conception en forme de bec du circuit magnétique du stator et un enroulement d'induit monophasé sont utilisés pour créer un champ multipolaire.
Le démarrage de ces moteurs s'effectue grâce au couple synchrone issu de l'interaction du champ pulsatoire avec les aimants permanents du rotor. Pour que le démarrage se déroule avec succès et dans le bon sens, des dispositifs mécaniques spéciaux sont utilisés qui permettent au rotor de tourner dans un seul sens et de le déconnecter de l'arbre pendant la synchronisation.
Les moteurs synchrones de faible puissance à aimants permanents avec démarrage asynchrone sont fabriqués avec une disposition radiale d'un aimant permanent et d'un enroulement de démarrage court-circuité et avec une disposition axiale d'un aimant permanent et d'un enroulement de démarrage court-circuité. En termes de structure statorique, ces moteurs ne sont pas différents des machines à excitation électromagnétique. L'enroulement du stator dans les deux cas est biphasé ou triphasé. Ils ne diffèrent que par la conception du rotor.
Dans un moteur à aimants radiaux et à bobinage court-circuité, ce dernier est placé dans les rainures des pièces polaires feuilletées d'aimants permanents.Pour obtenir des flux de fuite acceptables, il existe des entrefers non magnétiques entre les pointes de pôles adjacents. Parfois, afin d'augmenter la résistance mécanique du rotor, les pattes sont associées à des ponts saturables en un noyau annulaire entier.
Dans un moteur avec un agencement d'aimant axial et un enroulement court-circuité, une partie de la longueur active est occupée par un aimant permanent, et sur son autre partie à côté de l'aimant un circuit magnétique feuilleté avec un enroulement court-circuité est agité, et à la fois l'aimant permanent et le circuit magnétique feuilleté sont fixés sur un arbre commun. Étant donné que les moteurs à aimants permanents restent sous tension pendant le démarrage, ils démarrent moins favorablement que les moteurs conventionnels. moteurs synchrones dont l'excitation est coupée. Ceci s'explique par le fait qu'au démarrage, en plus d'un couple asynchrone positif issu de l'interaction du champ tournant avec les courants induits dans l'enroulement court-circuité, un moment asynchrone négatif issu de l'interaction des aimants permanents avec les courants induits par le champ d'aimants permanents dans l'enroulement du stator agit sur le rotor.

Générateurs synchrones

avec excitation par aimant permanent

(développé en 2012)

Le générateur proposé, selon le principe de fonctionnement, est un générateur synchrone avec excitation à partir d'aimants permanents. Aimants de composition NeFeB, créant un champ magnétique avec une induction de 1,35 T, situé autour de la circonférence du rotor avec des pôles alternés.

Dans les enroulements du générateur, e est excité. d.s., dont l'amplitude et la fréquence sont déterminées par la vitesse de rotation du rotor du générateur.

La conception du générateur ne contient pas de collecteur avec des contacts ouverts. Le générateur n'a pas non plus d'enroulements de champ qui consomment du courant supplémentaire.

Les avantages du générateur de la conception proposée :

1. Il présente toutes les caractéristiques positives des générateurs synchrones à excitation par aimant permanent :

1) manque de balais collecteurs,

2) manque de courant d'excitation.

2. La plupart des générateurs similaires actuellement produits avec la même puissance ont des paramètres dimensionnels de masse de 1,5 à 3 fois plus.

3. Vitesse de rotation nominale de l'arbre du générateur - 1600 sur./min... Elle correspond à la vitesse de rotation des entraînements diesel à basse vitesse. Par conséquent, lors du transfert de centrales électriques individuelles de moteurs à essence aux moteurs diesel à l'aide de notre générateur, le consommateur bénéficiera d'importantes économies de carburant et, par conséquent, le coût d'un kilowattheure diminuera.

4. Le générateur a un petit couple de démarrage (moins de 2 N × m), soit, pour le démarrage, une puissance motrice de seulement 200 W, et le démarrage du générateur est possible à partir du diesel lui-même au démarrage, même sans l'embrayage. Les moteurs du marché similaires ont une période d'accélération pour créer une réserve de puissance lors du démarrage du générateur, car lors du démarrage Moteur à gaz fonctionne en mode déficit de puissance.

5. Avec un niveau de fiabilité de 90%, la ressource du générateur est de 92 mille heures (10,5 ans de fonctionnement non-stop). Le cycle de fonctionnement du moteur d'entraînement entre les révisions majeures, déclaré par les fabricants (ainsi que les analogues du marché du générateur), est de 25 à 40 000 heures. C'est-à-dire que notre générateur en termes de fiabilité pour le temps de fonctionnement dépasse de 2 à 3 fois la fiabilité des moteurs et générateurs en série.

6. Facilité de fabrication et d'assemblage du générateur - la zone d'assemblage peut être un atelier de serrurerie avec une production à la pièce et à petite échelle.

7. Adaptation simple du générateur à la tension alternative de sortie :

1) 36 V, fréquence 50 - 400 Hz

2) 115 V, fréquence 50 - 400 Hz(centrales d'aérodrome) ;

3) 220 V, fréquence 50 - 400 Hz;

4) 380 V, fréquence 50 - 400 Hz.

La conception de base du générateur permet au produit fabriqué d'être réglé sur différentes fréquences et différentes tensions sans changer la conception.

8. Sécurité incendie élevée. Le générateur proposé ne peut pas devenir une source d'incendie même en cas de court-circuit dans le circuit de charge ou dans les enroulements, ce qui est intégré à la conception du système. Ceci est très important lors de l'utilisation d'un générateur pour une centrale électrique embarquée dans un espace fermé d'une embarcation, d'un avion, ainsi que dans une construction de logements privés en bois, etc.

9. Niveau faible bruit.

10. Maintenabilité élevée.

Paramètres du générateur avec une puissance de 0,5 kilowatts

Paramètres du générateur avec une puissance de 2,5 kilowatts

RÉSULTATS:

Le générateur proposé peut être fabriqué pour être utilisé dans des groupes électrogènes avec une vitesse d'arbre de 1500-1600 tr/min. - dans les centrales diesel, essence et générateurs de vapeur à usage individuel ou dans les systèmes énergétiques locaux. Associé à un multiplicateur, un convertisseur d'énergie électromécanique peut également être utilisé pour produire de l'électricité dans des systèmes de générateurs à faible vitesse, tels que des centrales éoliennes, des centrales houlomotrices, etc. de toute capacité. C'est-à-dire que le domaine d'application du convertisseur électromécanique rend le complexe proposé (multiplicateur-générateur) universel. Le poids et la taille et d'autres paramètres électriques et techniques donnés dans le texte confèrent à la conception proposée des avantages concurrentiels évidents sur le marché par rapport aux analogues.

Les principes de fabrication qui sous-tendent la conception, ont une haute aptitude à la fabrication, ne nécessitent fondamentalement pas de parc de machines-outils de précision et sont axés sur la production en série de masse. En conséquence, la conception aura un faible coût de production en série.

Générateur- un appareil qui convertit un type d'énergie en un autre.
Dans ce cas, on considère la conversion de l'énergie mécanique de rotation en énergie électrique.

Il existe deux types de ces générateurs. Synchrone et asynchrone.

Générateur synchrone. Principe de fonctionnement

Poinçonner générateur synchrone est une connexion rigide entre la fréquence F EMF variable induite dans l'enroulement du stator et la vitesse du rotor m, appelée vitesse synchrone :

m = F/p

où p- le nombre de paires de pôles des enroulements du stator et du rotor.
Typiquement, la vitesse de rotation est exprimée en rpm, et la fréquence EMF en Hertz (1/sec), puis pour le nombre de tours par minute la formule prendra la forme :

m = 60F/p

En figue. 1.1 présenté schéma fonctionnel générateur synchrone. Un enroulement triphasé est situé sur le stator 1, qui ne diffère pas fondamentalement d'un enroulement similaire d'une machine à induction. Un électro-aimant avec enroulement d'excitation 2 est situé sur le rotor, qui reçoit la puissance courant continu, en règle générale, par des contacts glissants, réalisés au moyen de deux bagues collectrices situées sur le rotor et de deux brosses fixes.
Dans certains cas, à la place des électro-aimants, des aimants permanents peuvent être utilisés dans la conception du rotor d'une génératrice synchrone, puis le besoin de contacts sur l'arbre disparaît, mais les possibilités de stabiliser les tensions de sortie sont considérablement limitées.

Le moteur d'entraînement (PD), qui est utilisé comme turbine, moteur à combustion interne ou autre source d'énergie mécanique, le rotor du générateur est mis en rotation à une vitesse synchrone. Dans ce cas, le champ magnétique de l'électro-aimant du rotor tourne également à une vitesse synchrone et induit une EMF variable dans l'enroulement du stator triphasé E UNE, E Bande E C, qui, étant de même valeur et déphasés l'un par rapport à l'autre de 1/3 de la période (120°), forment un système EMF triphasé symétrique.

Avec la connexion de la charge aux bornes de l'enroulement statorique C1, C2 et C3, des courants apparaissent dans les phases de l'enroulement statorique je UNE, je B, je C, qui créent un champ magnétique tournant. La fréquence de rotation de ce champ est égale à la fréquence de rotation du rotor du générateur. Ainsi, dans une génératrice synchrone, le champ magnétique statorique et le rotor tournent de manière synchrone. Valeur instantanée de la FEM de l'enroulement du stator dans le générateur synchrone considéré

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Ici: B- induction magnétique dans l'entrefer entre le noyau du stator et les pôles du rotor, T ;
je Est la longueur active d'un côté fendu de l'enroulement du stator, c'est-à-dire longueur du noyau du stator, m;
w- le nombre de tours ;
v = Dn- la vitesse linéaire des pôles du rotor par rapport au stator, m/s ;
ré- diamètre intérieur du noyau du stator, m

La formule EMF montre qu'à une vitesse de rotor constante m la forme du graphique de la variable EMF de l'enroulement d'induit (stator) est déterminée exclusivement par la loi de distribution de l'induction magnétique B dans l'espace entre le stator et les pôles du rotor. Si le graphique de la densité de flux magnétique dans l'entrefer est une sinusoïde B = B max sinα, alors la FEM du générateur sera également sinusoïdale. Les machines synchrones s'efforcent toujours d'obtenir une répartition de l'induction dans l'entrefer la plus proche possible de la sinusoïdale.

Donc si l'entrefer δ constante (Fig. 1.2), puis l'induction magnétique B dans l'entrefer se répartit selon la loi trapézoïdale (graphique 1). Si les bords des pôles du rotor sont « biseautés » de sorte que l'écart aux bords des pièces polaires est égal à δ max (comme le montre la figure 1.2), alors le graphique de la distribution de l'induction magnétique dans l'entrefer s'approchera d'une sinusoïde (graphique 2) et, par conséquent, le graphique de la CEM induite dans l'enroulement du générateur s'approchera d'une sinusoïde. Fréquence EMF du générateur synchrone F(Hz) proportionnel à la vitesse du rotor synchrone m(tr/s)

où p est le nombre de paires de pôles.
Le générateur considéré (voir Fig. 1.1) a deux pôles, c'est-à-dire p = 1.
Pour obtenir une FEM de fréquence industrielle (50 Hz) dans un tel générateur, le rotor doit être tourné avec une fréquence m= 50 tr/s ( m= 3000 tr/min).

Méthodes d'excitation pour générateurs synchrones

Le moyen le plus courant de créer le flux magnétique principal des générateurs synchrones est l'excitation électromagnétique, qui consiste en ce qu'un enroulement d'excitation est placé aux pôles du rotor, lorsqu'un courant continu le traverse, un MDS apparaît, ce qui crée un champ magnétique dans le générateur. Jusqu'à récemment, des générateurs spéciaux de courant continu à excitation indépendante, appelés excitateurs, étaient principalement utilisés pour alimenter l'enroulement d'excitation. V(Fig. 1.3, a). Enroulement d'excitation ( VO) reçoit de l'énergie d'un autre générateur (excitation parallèle), appelé excitateur ( PV). Le rotor du générateur synchrone, de l'excitatrice et de l'excitatrice sont situés sur un arbre commun et tournent simultanément. Dans ce cas, le courant pénètre dans l'enroulement d'excitation du générateur synchrone à travers des bagues collectrices et des balais. Pour réguler le courant d'excitation, des rhéostats de réglage sont utilisés, inclus dans le circuit d'excitation de l'excitatrice r 1 et excitateur r 2. Dans les générateurs synchrones de moyenne et haute puissance, le processus de contrôle du courant d'excitation est automatisé.

Dans les générateurs synchrones, un système d'excitation électromagnétique sans contact a également été utilisé, dans lequel le générateur synchrone n'a pas de bagues collectrices sur le rotor. Dans ce cas, un alternateur synchrone inversé est utilisé comme excitateur. V(Fig. 1.3, b). Enroulement triphasé 2 l'excitatrice, dans laquelle la force électromotrice variable est induite, est située sur le rotor et tourne avec l'enroulement d'excitation de la génératrice synchrone et leur connexion électrique est réalisée par l'intermédiaire d'un redresseur rotatif 3 directement, sans bagues collectrices ni brosses. Alimentation CC à l'enroulement de champ 1 l'agent pathogène B est effectué à partir de l'agent pathogène PV- Générateur de courant continu. L'absence de contacts glissants dans le circuit d'excitation d'une génératrice synchrone permet d'augmenter sa fiabilité de fonctionnement et d'augmenter son efficacité.

Dans les générateurs synchrones, y compris les hydrogénérateurs, le principe d'auto-excitation s'est généralisé (Fig. 1.4, a), lorsque l'énergie du courant alternatif nécessaire à l'excitation est prélevée dans l'enroulement du stator d'un générateur synchrone et à travers un transformateur abaisseur et un convertisseur à semi-conducteur redresseur PP convertie en énergie continue. Le principe d'auto-excitation est basé sur le fait que l'excitation initiale du générateur se produit en raison du magnétisme résiduel de la machine.

En figue. 1.4, b est un diagramme structurel système automatique auto-excitation d'une génératrice synchrone ( SG) avec un transformateur redresseur ( Vermont) et convertisseur à thyristor ( TP), à travers lequel le courant alternatif du circuit du stator SG après conversion en courant continu, il est fourni à l'enroulement de champ. Le convertisseur à thyristor est commandé par un régulateur d'excitation automatique ARV, dont l'entrée reçoit des signaux de tension à l'entrée SG(via un transformateur de tension TN) et courant de charge SG(du transformateur de courant TT). Le circuit contient un bloc de protection ( BZ), assurant la protection de l'enroulement d'excitation ( VO) contre les surtensions et les surintensités.

La puissance d'excitation est généralement comprise entre 0,2 et 5 % de la puissance nette (la valeur la plus basse s'applique aux générateurs de forte puissance).
Dans les générateurs de faible puissance, le principe d'excitation par des aimants permanents situés sur le rotor de la machine trouve son application. Ce mode d'excitation permet de débarrasser le générateur de l'enroulement d'excitation. En conséquence, la conception du générateur est grandement simplifiée, il devient plus économique et fiable. Cependant, en raison du coût élevé des matériaux pour la fabrication d'aimants permanents avec une grande quantité d'énergie magnétique et de la complexité de leur traitement, l'utilisation de l'excitation par aimant permanent est limitée aux machines d'une capacité ne dépassant pas quelques kilowatts.

Générateurs synchrones forment l'épine dorsale de l'industrie de l'énergie électrique, puisque la quasi-totalité de l'électricité dans le monde est produite au moyen de turbo-générateurs ou hydro-générateurs synchrones.
En outre, les générateurs synchrones sont largement utilisés dans le cadre d'installations électriques fixes et mobiles ou de stations équipées de moteurs diesel et essence.

Générateur asynchrone. Différences avec synchrone

Les générateurs asynchrones sont fondamentalement différents des générateurs synchrones en l'absence d'une relation rigide entre la vitesse du rotor et la CEM générée. La différence entre ces fréquences est caractérisée par le coefficient s- glissant.

s = (n - nr) / n

ici:
m- fréquence de rotation du champ magnétique (fréquence EMF).
nr- la vitesse des rotors.

Pour plus de détails sur le calcul du glissement et de la fréquence, voir l'article : générateurs asynchrones. La fréquence.

En mode normal, le champ électromagnétique d'un générateur à induction sous charge exerce un couple de freinage sur la rotation du rotor, par conséquent, la fréquence du changement de champ magnétique est moindre, donc le glissement sera négatif. Les générateurs fonctionnant dans le domaine du glissement positif comprennent les génératrices tachymétriques asynchrones et les convertisseurs de fréquence.

Les génératrices asynchrones, selon les conditions spécifiques d'utilisation, sont réalisées à cage d'écureuil, à phase ou à rotor creux. Les sources pour la formation de l'énergie d'excitation du rotor requise peuvent être des condensateurs statiques ou des convertisseurs de vannes avec commutation artificielle de vannes.

Les génératrices asynchrones peuvent être classées selon la méthode d'excitation, la nature de la fréquence de sortie (variable, constante), la méthode de stabilisation de la tension, les zones de glissement de fonctionnement, la conception et le nombre de phases.
Les deux dernières caractéristiques caractérisent caractéristiques de conception générateurs.
La nature des méthodes de stabilisation de la fréquence de sortie et de la tension est largement déterminée par la manière dont le flux magnétique est généré.
La classification selon la méthode d'excitation est la principale.

Vous pouvez envisager des générateurs à auto-excitation et à excitation indépendante.

L'auto-excitation dans les générateurs asynchrones peut être organisée :
a) à l'aide de condensateurs inclus dans le circuit statorique ou rotorique ou simultanément dans les circuits primaire et secondaire ;
b) au moyen de convertisseurs de vannes avec commutation naturelle et artificielle des vannes.

Une excitation indépendante peut être réalisée à partir d'une source externe de tension alternative.

De par la nature de la fréquence, les générateurs auto-excités sont divisés en deux groupes. Le premier d'entre eux comprend des sources de fréquence pratiquement constante (ou constante), à la seconde de fréquence variable (réglable). Ces derniers sont utilisés pour alimenter des moteurs asynchrones avec un changement de vitesse en douceur.

Il est prévu d'examiner plus en détail le principe de fonctionnement et les caractéristiques de conception des générateurs asynchrones dans des publications distinctes.

Les générateurs asynchrones ne nécessitent pas d'unités complexes dans la conception pour organiser l'excitation CC ou l'utilisation de matériaux coûteux avec une grande quantité d'énergie magnétique, ils sont donc largement utilisés par les utilisateurs d'installations électriques mobiles en raison de leur simplicité et de leur facilité d'entretien. Ils sont utilisés pour alimenter des appareils qui ne nécessitent pas de référence rigide à la fréquence actuelle.
L'avantage technique des générateurs asynchrones est leur résistance aux surcharges et aux courts-circuits.
Quelques informations sur les groupes électrogènes mobiles sont disponibles sur la page :
Générateurs diesel.
Générateur asynchrone. Caractéristiques .
Générateur asynchrone. Stabilisation.

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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. Une génératrice synchrone avec excitation par aimants permanents contient un ensemble palier stator avec paliers de support (1, 2, 3, 4), sur lequel un groupe de circuits magnétiques annulaires (5) est monté avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques (6) avec 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 stator a groupe de rotors annulaires (10) avec des rotors annulaires montés sur les parois latérales intérieures des revêtements magnétiques (11) avec des pôles magnétiques alternés dans le sens circonférentiel de paires p, couvrant les saillies polaires avec des bobines électriques (6) des enroulements d'induit (7 , 8) du circuit magnétique du stator annulaire. Le support de stator est constitué d'un groupe de modules identiques. Les modules du palier statorique 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 avec 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 paliers d'appui, 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 des aimants d'excitation 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 des 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 placées dessus avec un enroulement d'ancrage du stator, un rotor annulaire monté avec possibilité de rotation autour du circuit magnétique annulaire du stator avec un insert magnétique annulaire monté sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques alternant 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 02.03.1988).

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 aimant permanent, 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 stator polyphasé enroulement d'induit, monté sur l'arbre de support avec possibilité de rotation dans lesdits paliers de support 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 les saillies polaires de 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 inductance synchrone et au manque de capacité à contrôler la valeur de la tension de sortie. du courant alternatif, 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'y a aucune possibilité de changer rapidement la valeur du flux magnétique total des aimants permanents individuels, qui forment entre eux un insert magnétique annulaire).

Le but de la présente invention est d'étendre les paramètres de fonctionnement du générateur synchrone en offrant la possibilité de réguler à la fois sa puissance active et la capacité de réguler la tension alternative, ainsi qu'en offrant 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 une chemise magnétique annulaire montée sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques de paires p alternant dans la circonférence direction, couvrant les saillies polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit dudit circuit magnétique statorique annulaire, dans celui-ci 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 faire tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe coaxial à l'arbre support, et Les Abzhenes leur sont cinématiquement liés par un 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 phases du même nom de l'enroulement d'induit dans un autre module adjacent de l'ensemble de palier de stator, formant en relation les unes avec les autres les phases communes de l'enroulement d'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 palier statorique 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 stator 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, tandis que la vis mère est reliée 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'un générateur 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 roulement 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 phases du même nom 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 "en 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 à connecter les phases selon le schéma "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 composite matériau magnétique doux) avec des saillies polaires le long de la périphérie, équipées de bobines électriques 6 avec plusieurs phases (par exemple, triphasées, 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 avec une paroi cylindrique latérale 16. Chacun des rotors annulaires 10 comprend une virole annulaire 17c bride de poussée interne 18. Les bagues annulaires 12 des modules d'unité de palier statorique sont accouplées avec leur paroi latérale cylindrique intérieure avec l'un des paliers d'appui mentionnés (avec les paliers d'appui 1, 3), dont d'autres (paliers supports 2, 4) sont accouplés aux parois des trous centraux "a" aux extrémités 15 desdits verres respectifs 14. Les viroles annulaires 17 des rotors annulaires 10 sont solidaires de l'arbre support 9 au moyen d'ensembles de fixation, et chacun des circuits magnétiques annulaires 5 dans le module correspondant de l'unité de palier statorique est monté sur le manchon annulaire spécifié 12 fixé rigidement avec sa bride de poussée externe 13 avec 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 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 lié cinématiquement pour leur rotation angulaire les uns par rapport aux autres, montés au moyen de l'ensemble support sur les modules du support statorique. Chacun des ensembles de fixation 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 (un charnière à deux degrés de liberté) par une extrémité "b" 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 "g", et l'écrou 22 du mécanisme à vis est relié de manière pivotante à une extrémité à ladite patte de support 23, est réalisé à l'autre extrémité avec une tige 26 passée à travers la fente de guidage "g" 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 de l'unité de palier de stator et est monté sur l'arbre de support 9. Les bagues annulaires 12 sections de l'ensemble de palier de stator 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, une 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'unité 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'ensemble de palier de stator sont connectées aux débuts des phases du même nom (A2, B2, C2) de l'enroulement d'induit (enroulement 8) dans l'autre module adjacent portant l'ensemble statorique, formant en série les phases communes de l'enroulement d'induit du 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 tournent (par exemple, des anneaux magnétiques monolithiques constitués d'un 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 par exemple, des disques monolithiques constitués d'un matériau composite pulvérulent magnétiquement doux) des modules du palier statorique, ainsi que pénétrant les saillies polaires radiales (classiquement non représentées sur le dessin) des circuits magnétiques annulaires 5. Lorsque les rotors annulaires 10 tournent, le 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'ensemble de palier de stator, provoquant des pulsations du flux magnétique tournant à la fois en amplitude et en direction dans les projections polaires radiales desdits noyaux magnétiques annulaires 5. Dans ce cas, des forces électromotrices (CEM) variables avec déphasage mutuel sont induits dans les enroulements d'induit 7 et 8 du stator dans chacun des enroulements d'induit à m phases 7 et 8 sous un angle égal à 360 / m degrés électriques, et pour les enroulements d'induit triphasés 7 et 8 présentés dans leurs phases (A1, B1, C1 et A2, B2, C2) force électromotrice variable (FEM) sinusoïdale avec un déphasage entre elles à un angle de 120 degrés et avec une fréquence égale au produit du nombre de paires (p) de pôles magnétiques dans l'insert magnétique annulaire 11 par la vitesse 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 avec saillies des pôles 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 de support de stator (dans le cas général, le total la tension de phase de sortie 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 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, en conséquence, la tension de ligne de sortie U l) du générateur synchrone présenté pour alimenter certains récepteurs d'électricité à tension réduite (par exemple, pour l'arc électrique soudage avec courant alternatif dans certains modes), l'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 support de stator est déverrouillé et au moyen de la poignée 32 la vis-mère 21 du mécanisme à vis est entraînée en rotation, il en résulte que le déplacement angulaire de l'écrou 22 en arc de cercle dans la fente "g" de la barre support 24 et la rotation selon un angle donné de l'un des modules du palier statorique par rapport à l'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'unité de palier de stator avec une barre de support 24 ayant une fente "g" est dans une position stationnaire, c'est-à-dire fixée sur une 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 saillies 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 saillies polaires des circuits magnétiques circulaires 5 sont tournées les unes par rapport aux autres à 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 palier se produit. 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 phase vecteurs de tension 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 seul arbre de 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 roulement du stator avec la formation de phases communes de la puissance active du stator, ainsi que d'assurer la possibilité de réguler la tension de sortie du courant alternatif, ainsi que d'assurer la possibilité de l'utiliser comme source de courant de soudage lors de la conduite électrique soudage à l'arc dans différents modes (en offrant la possibilité de régler la valeur 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 divers paramètres de la tension d'alimentation. De plus, la disposition supplémentaire des pôles magnétiques du même nom ("nord" et, par conséquent, "sud") des revêtements 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 du stator (connexion en série des mêmes phases de l'enroulement d'induit du stator entre elles) permettent d'assurer une régulation douce 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.

RÉCLAMER

1. Un générateur synchrone avec excitation par des aimants permanents, contenant une unité de palier 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 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 et le rotor annulaire indiqués, montés sur un arbre support, tandis que 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 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 de 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 support 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 de support de stator comprend une virole annulaire avec une bride de poussée interne, dans laquelle ledit insert magnétique annulaire correspondant est installé, tandis que lesdites douilles annulaires des modules de l'unité de support de stator sont accouplées avec leur intérieur paroi latérale cylindrique avec l'un desdits paliers de support, dont d'autres sont conjugués avec les parois des trous centraux dans les extrémités des verres correspondants spécifiés, les coquilles annulaires du rotor annulaire sont rigidement reliées à l'arbre de support au moyen de fixation ensembles, et le circuit magnétique annulaire dans le module correspondant de l'unité de palier de stator 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 fixé rigidement à la bride de poussée interne de la virole annulaire correspondante.

5. Alternateur synchrone à excitation à 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 cercle, 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 modèle d'utilité concerne le génie électrique, à savoir les machines électriques, et concerne l'amélioration de la conception des générateurs synchrones de type final, qui peuvent être utilisés principalement pour produire de l'énergie électrique dans les centrales éoliennes. La conception du générateur contient 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 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 le trou axial de 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 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 n'importe quelle taille grâce à la fixation du noyau du stator sur l'arbre stationnaire avec des liaisons multi-pales des deux côtés.

Génératrice électrique synchrone connue à excitation par aimants permanents, réalisée selon le type d'extrémité, contenant un stator, constitué de deux parties à circuits magnétiques annulaires situés coaxialement et parallèlement l'une à l'autre, entre lesquelles 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 permet de les magnétiser d'un côté à l'autre, ce qui entraîne une diminution des caractéristiques d'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 des 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 fentes 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 fentes 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 du rendement 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 un fonctionnement garanti du générateur et réduira les pertes et, par conséquent, augmentera l'efficacité due à l'utilisation de l'enroulement du stator annulaire. 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 en bout avec excitation par des aimants permanents et permet de réaliser un générateur avec diamètres intérieur et extérieur suffisamment grands. 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 sur le disque du stator se trouvent des bobines qui forment son enroulement annulaire avec la sortie de ses extrémités à travers un trou axial dans l'arbre. Le corps se compose de deux boucliers - avant et arrière, installés 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 statorique 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 aube 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 bagues, 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 de la division 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 boucliers sont équipés de roulements 11 dont un rempli en permanence de graisse et de deux boucliers. 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 à travers le 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 l'ondulation 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 corps du générateur), de réduire le poids et les dimensions à une 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 sont situés 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 reliés rigidement à ce dernier, des aimants permanents, et sur le disque statorique se trouvent 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, monté sur l'arbre dans des 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 le écart technologique entre les bobines électriques.