Caractéristiques du générateur synchrone à aimants permanents. Générateurs synchrones à aimants permanents. Commande orientée champ de psdm sans codeur

Excitation machine synchrone et 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 extérieure. Il crée le champ magnétique principal de la machine, qui tourne avec le rotor et se ferme tout le long du circuit magnétique. En cours de rotation, ce champ traverse les conducteurs de l'enroulement du stator et y induit EMF E10.
Pour alimenter l'enroulement d'excitation de puissants S.G. des générateurs spéciaux sont utilisés - agents pathogènes. S'ils sont installés séparément, l'alimentation est fournie à l'enroulement d'excitation à travers les bagues collectrices et l'appareil à balais. Pour les turboalternateurs puissants, des excitatrices (génératrices synchrones de «type inversé») sont accrochées 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 du S.G., avec une valeur inférieure pour les grands S.G.
Dans les générateurs de moyenne puissance, un système d'auto-excitation est souvent utilisé - du réseau d'enroulement du stator aux transformateurs, aux redresseurs à semi-conducteurs et aux anneaux. En très petit S.G. des aimants permanents sont parfois utilisés, mais cela ne vous permet pas d'ajuster l'amplitude du flux magnétique.

L'enroulement d'excitation peut être concentré (pour les générateurs synchrones à pôles saillants) ou distribué (pour les S.G. à pôles implicites).

Circuit magnétique S.G.

Système magnétique S.G. est un circuit magnétique ramifié ayant 2p branches parallèles. Dans ce cas, le flux magnétique créé par l'enroulement d'excitation se ferme dans de telles sections du circuit magnétique : l'entrefer "?" - deux fois; zone de dent de stator hZ1 - deux fois ; stator arrière L1 ; couche dentée du rotor "hZ2" - deux fois ; arrière du rotor - "LOB". Dans les générateurs de pôles saillants sur le rotor, il y a des pôles de rotor "hm" - deux fois (au lieu d'une couche dentée) et une traverse LOB (au lieu de l'arrière du rotor).

La figure 1 montre que les branches parallèles du circuit magnétique sont symétriques. On peut également voir que la partie principale du flux magnétique F se ferme dans tout le circuit magnétique et est couplée à la fois à l'enroulement du rotor et à l'enroulement du stator. Une plus petite partie du flux magnétique Phsigma (désolé, il n'y a pas de symbole) se ferme uniquement autour de l'enroulement de champ, puis à travers l'entrefer sans s'imbriquer avec l'enroulement du stator. C'est le flux magnétique de fuite du rotor.

Figure 1. Circuits magnétiques de S.G.
type pôle (a) explicite et pôle implicite (b).

Dans ce cas, le flux magnétique total Фm est égal à :

où SIGMAm est le coefficient de diffusion du flux magnétique.
La MMF de l'enroulement d'excitation par paire de pôles en mode repos peut être définie comme la somme des composantes MMF nécessaires pour surmonter les résistances magnétiques dans les sections correspondantes du circuit.

La section de l'entrefer a la résistance magnétique la plus élevée, dans laquelle la perméabilité magnétique µ0 = const est constante. Dans la formule présentée, wB est le nombre de tours connectés en série de l'enroulement d'excitation par paire de pôles, et IBO est le courant d'excitation en mode inactif.

L'acier du circuit magnétique avec une augmentation du flux magnétique a la propriété de saturation, de sorte que la caractéristique magnétique du générateur synchrone est non linéaire. Cette caractéristique comme la dépendance du flux magnétique au courant d'excitation Ф = f(IB) ou Ф = f(FВ) peut être construite par calcul ou supprimée empiriquement. Il a la forme représentée sur la figure 2.

Figure 2. Caractéristique magnétique de S.G.

Généralement S. G. conception pour qu'à la valeur nominale du flux magnétique F, le circuit magnétique soit saturé. Dans ce cas, la section « av » de la caractéristique magnétique correspond au MMF en franchissant l'entrefer 2Fsigma, et la section « soleil » correspond au franchissement de la résistance magnétique de l'acier du circuit magnétique. Ensuite la relation 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 en S.G. il n'y a qu'un seul champ magnétique - créé par le MMF de l'enroulement d'excitation.
Distribution sinusoïdale de l'induction champ magnétique, nécessaire pour obtenir une FEM sinusoïdale de l'enroulement statorique, est fournie par :
- au pôle saillant S.G. la forme des pièces polaires du rotor (l'espace sous le milieu du pôle est plus petit que sous ses bords) et le biseau des encoches du stator.
- en S.G. non saillant - répartition de l'enroulement d'excitation le long des rainures du rotor sous le milieu du pôle, l'écart est moindre que sous ses bords et le biseau des rainures du stator.
Dans les machines multipolaires, des enroulements de stator avec un nombre fractionnaire d'encoches par pôle et phase sont utilisés.

Figure 3. Assurer la sinusoïdalité du champ magnétique
champs d'excitation

Puisque la FEM de l'enroulement statorique E10 est proportionnelle au flux magnétique Fo, et que le courant dans les enroulements d'excitation IVO est proportionnel à la MMF de l'enroulement d'excitation FVO, il est facile de construire une dépendance : E0 = f(IVO) identique à la caractéristique magnétique : Ф = f(FVO). Cette dépendance est appelée la caractéristique de ralenti (H.H.H.) S.G. Il permet de déterminer les paramètres du S.G., de construire ses diagrammes vectoriels.
Généralement X.X.X. construire en unités relatives e0 et iBO, c'est-à-dire la valeur actuelle des grandeurs se réfère à leurs valeurs nominales

Dans ce cas H.H.H. est appelée la caractéristique normale. Fait intéressant, H.H.H. normal. pour presque tous les S.G. sont identiques. En conditions réelles H.H.H. ne part pas de l'origine, mais d'un certain point sur l'axe y, qui correspond à la FEM résiduelle e OST, en raison du flux magnétique résiduel de l'acier du noyau magnétique.

Figure 4. Caractéristique de la marche au 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. Schémas de principe de l'excitation S.G.

Champ magnétique S.G. sous charge.

Pour charger le S.G. ou augmenter sa charge, il est nécessaire de diminuer la résistance électrique entre les bornes des phases de l'enroulement statorique. Ensuite, les 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 la MMF d'un enroulement triphasé, qui a une amplitude

et tourne le long du stator avec une fréquence de rotation n1 égale à la fréquence de rotation du rotor. Cela signifie que la MMF de l'enroulement de stator F3F et la MMF de l'enroulement d'excitation FB, qui est fixe par rapport au rotor, tournent à la même vitesse, c'est-à-dire de manière synchrone. En d'autres termes, ils sont immobiles les uns par rapport aux autres et peuvent interagir.
Parallèlement, selon la nature de la charge, ces MDS peuvent être orientées différemment les unes par rapport aux autres, ce qui modifie la nature de leur interaction et, par conséquent, les propriétés de fonctionnement du générateur.
Nous notons encore une fois que l'effet du MMF de l'enroulement du stator F3Ф = Fa sur le MMF de l'enroulement du rotor FВ est appelé la «réaction d'induit».
Dans les générateurs à pôles non saillants, l'entrefer entre le rotor et le stator est uniforme, par conséquent, l'induction B1, créée par la MMF de l'enroulement du stator, est répartie dans l'espace ainsi que la MMF F3Ф = Fa de manière sinusoïdale, indépendamment de la position du rotor et de l'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 d'enroulement d'excitation et de matériaux isolants. De ce fait, la résistance magnétique de l'entrefer sous les pièces polaires est bien moindre que dans la région de l'espace interpolaire. L'axe des pôles du rotor S.G. appelez-le l'axe longitudinal d - d, et l'axe de l'espace interpolaire - l'axe transversal de S.G. q-q.
Cela signifie que l'induction du champ magnétique du stator et le graphique de sa distribution dans l'espace dépendent de la position de l'onde MMF F3Ф de l'enroulement du stator par rapport au rotor.
Supposons que l'amplitude de la MMF de l'enroulement statorique F3Ф = Fa coïncide avec l'axe longitudinal de la machine d - d, et que la distribution spatiale de cette MMF soit sinusoïdale. On suppose également que le courant d'excitation est nul Ibo = 0.
Pour plus de clarté, nous décrivons 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 région de la pièce polaire est assez grande, et dans la région de l'espace interpolaire, elle est fortement diminue presque à zéro en raison de la résistance élevée de l'air.

Figure 6. Balayage linéaire du MMF de l'enroulement du stator le long de l'axe longitudinal.

Une telle distribution inégale d'induction d'amplitude B1dmax peut être remplacée par une distribution sinusoïdale, mais avec une amplitude B1d1max plus faible.
Si la valeur maximale du stator MMF F3Ф = Fa coïncide avec l'axe transversal de la machine, alors l'image du champ magnétique sera différente, comme on peut le voir sur le dessin du balayage linéaire du MMF de la machine.

Figure 7. Balayage linéaire du MMF de l'enroulement du stator le long de l'axe transversal.

Ici aussi, l'amplitude de l'induction dans la région des pointes polaires est plus grande que dans la région de l'espace interpolaire. Et il est bien évident que l'amplitude de l'harmonique fondamentale de l'induction 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, en particulier, du rapport sigma / tau (désolé, pas de symbole) (la valeur relative de l'entrefer), du rapport

(coefficient de chevauchement des pôles), où vp est la largeur de la pièce polaire, et d'autres facteurs.

De l'histoire de la question. Jusqu'à présent, dans mon travail, la question s'est posée de participer à un projet visant à introduire notre propre petite génération dans l'entreprise. Auparavant, il y avait de l'expérience avec les moteurs électriques synchrones, avec une expérience minimale avec les générateurs.

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

Ainsi, d'après la description du générateur (PMG) à aimants permanents en tant que sous-excitateur de l'enroulement d'excitation de l'excitateur du générateur, il suit:

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

Dans ce cas, le système d'excitation se compose d'enroulements auxiliaires ou d'un générateur à aimants permanents, d'un régulateur de tension automatique (AVR), d'un TC et d'un TT pour la détection de courant et de tension, d'un excitateur intégré et d'un redresseur rotatif. En standard, les turboalternateurs sont équipés d'un AVR numérique assurant le contrôle du PF (facteur de puissance) et diverses fonctions de surveillance et de protection (limitation d'excitation, détection de surcharge, redondance, etc.). Le courant d'excitation CC de l'AVR est amplifié par l'excitateur rotatif puis redressé par le redresseur rotatif. Le redresseur rotatif est constitué de diodes et de stabilisateurs de tension.

Représentation schématique du système d'excitation du turboalternateur utilisant PMG :

Solution utilisant une génératrice à aimants permanents (PMG) sur l'arbre principal avec un rotor de génératrice et une excitatrice sans balai :

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

Générateur Appareil qui convertit une forme d'énergie en une autre.
Dans ce cas, on considère la conversion de l'énergie mécanique de rotation en énergie électrique.

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

Générateur synchrone. Principe de fonctionnement

Une caractéristique distinctive d'un générateur synchrone est une connexion rigide entre la fréquence F FEM variable induite dans l'enroulement du stator et la vitesse du rotor n, appelée vitesse synchrone :

n = F/p

Où p- le nombre de paires de pôles des enroulements stator et rotor.
Généralement la vitesse de rotation s'exprime en rpm, et la fréquence EMF en Hertz (1/sec), alors pour le nombre de tours par minute la formule prendra la forme :

n = 60F/p

Sur la fig. 1.1 présenté schéma fonctionnel générateur synchrone. Sur le stator 1, il y a un enroulement triphasé, qui ne diffère pas fondamentalement de l'enroulement similaire d'une machine asynchrone. Un électroaimant avec un enroulement d'excitation 2 est situé sur le rotor, qui est alimenté en courant continu, en règle générale, par des contacts glissants réalisés au moyen de deux bagues collectrices situées sur le rotor et de deux balais fixes.
Dans certains cas, dans la conception du rotor d'un générateur synchrone, des aimants permanents peuvent être utilisés à la place des électroaimants, le besoin de contacts sur l'arbre est alors éliminé, mais les possibilités de stabilisation des tensions de sortie sont considérablement limitées.

Moteur d'entraînement (PD), qui est utilisé comme turbine, moteur à combustion interne ou autre source d'énergie mécanique, le rotor du générateur est entraîné à une vitesse synchrone. Dans ce cas, le champ magnétique de l'électroaimant du rotor tourne également à une vitesse synchrone et induit une FEM variable dans l'enroulement triphasé du stator E UN , E Groupe 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 charge connectée aux bornes C1, C2 et C3 de l'enroulement du stator, des courants apparaissent dans les phases de l'enroulement du stator je UN , 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 du stator et le rotor tournent de manière synchrone. La 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- longueur active d'un côté d'encoche de l'enroulement du stator, c'est-à-dire longueur du noyau du stator, m ;
w- le nombre de tours ;
v = πDn– vitesse linéaire de déplacement des pôles du rotor par rapport au stator, m/s ;
D- diamètre intérieur du noyau du stator, m.

La formule EMF montre qu'à vitesse constante du rotor n la forme du graphique de la FEM variable de l'enroulement d'induit (stator) est déterminée uniquement par la loi de distribution de l'induction magnétique B dans l'espace entre les pôles du stator et du rotor. Si le graphique de l'induction magnétique dans l'entrefer est une sinusoïde B = Bmax sinα, alors la FEM du générateur sera également sinusoïdale. Dans les machines synchrones, on cherche toujours à obtenir une distribution d'induction dans l'entrefer aussi proche que possible de sinusoïdale.

Donc, si l'entrefer δ constante (Fig. 1.2), alors l'induction magnétique B dans l'entrefer se répartit selon la loi trapézoïdale (graphe 1). Si les bords des pôles du rotor sont "biseautés" de sorte que l'écart au niveau des bords des pièces polaires soit égal à δ max (comme le montre la Fig. 1.2), alors le graphique de la distribution de l'induction magnétique dans l'entrefer se rapprochera d'une sinusoïde (graphique 2) et, par conséquent, le graphique de la FEM induite dans l'enroulement du générateur se rapprochera d'une sinusoïde. Fréquence EMF du générateur synchrone F(Hz) proportionnel à la vitesse du rotor synchrone n(r/s)

Où p est le nombre de paires de pôles.
Dans le générateur considéré (voir Fig. 1.1), il y 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 mis en rotation avec une fréquence n= 50 tr/min ( n= 3000 tr/min).

Façons d'exciter les générateurs synchrones

Le moyen le plus courant de créer le flux magnétique principal des générateurs synchrones est l'excitation électromagnétique, qui consiste dans le fait qu'un enroulement d'excitation est placé sur les pôles du rotor, lorsqu'un courant continu le traverse, il se produit une MMF, qui crée un champ magnétique dans le générateur. Jusqu'à récemment, pour alimenter l'enroulement de champ, on utilisait principalement des générateurs CC spéciaux d'excitation indépendante, appelés excitateurs. DANS(Fig. 1.3, a). Bobinage d'excitation ( VO) est alimenté par un autre générateur (excitation parallèle) appelé sous-excitateur ( PV). Le rotor de la génératrice synchrone, l'excitatrice et la sous-excitatrice sont situées 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 contrôler le courant d'excitation, des rhéostats de réglage sont utilisés, qui sont inclus dans le circuit d'excitation de l'excitateur r 1 et sous-excitateur r 2. Dans les générateurs synchrones de moyenne et haute puissance, le processus de régulation 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 excitatrice. DANS(Fig. 1.3, b). Bobinage triphasé 2 l'excitateur, dans lequel la FEM variable est induite, est situé sur le rotor et tourne avec l'enroulement d'excitation du générateur synchrone et leur connexion électrique est réalisée via un redresseur rotatif 3 directement, sans bagues collectrices ni balais. Alimentation CC de l'enroulement de champ 1 l'excitateur B est réalisé à partir du sous-excitateur PV- Générateur CC. L'absence de contacts glissants dans le circuit d'excitation de la génératrice synchrone permet d'augmenter sa fiabilité et son efficacité de fonctionnement.

Dans les générateurs synchrones, y compris les hydrogénérateurs, le principe d'auto-excitation s'est répandu (Fig. 1.4, a), lorsque l'énergie alternative nécessaire à l'excitation est prélevée sur l'enroulement du stator du générateur synchrone et via un transformateur abaisseur et un redresseur convertisseur semi-conducteur polypropylène converti en courant continu. 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.

Sur la fig. 1.4, b montre un schéma fonctionnel système automatique auto-excitation d'une génératrice synchrone ( SG) avec transformateur redresseur ( WT) et convertisseur à thyristors ( TP), à travers lequel le courant alternatif du circuit du stator SG après conversion en courant continu, il est introduit dans l'enroulement d'excitation. Le convertisseur à thyristor est contrôlé par un contrôleur d'excitation automatique ARV, dont l'entrée reçoit des signaux de tension à l'entrée SG(via transformateur de tension TN) et courant de charge SG(du transformateur de courant TT). Le circuit contient un bloc de protection ( BZ), qui assure la protection de l'enroulement d'excitation ( VO) contre les surtensions et les surcharges de courant.

La puissance d'excitation est généralement comprise entre 0,2 % et 5 % de la puissance utilisable (la valeur inférieure s'applique aux gros générateurs).
Dans les générateurs batterie faible trouve application le principe de l'excitation par des aimants permanents situés sur le rotor de la machine. Ce mode d'excitation permet d'économiser le générateur du bobinage d'excitation. En conséquence, la conception du générateur est grandement simplifiée, devient plus économique et fiable. Cependant, en raison du coût élevé des matériaux de fabrication aimants permanents avec un apport important d'énergie magnétique et la complexité de leur traitement, l'utilisation de l'excitation par aimants permanents est limitée aux machines d'une puissance ne dépassant pas quelques kilowatts.

Générateurs synchrones forment la base de l'industrie de l'énergie électrique, puisque la quasi-totalité de l'électricité dans le monde est produite par des turbogénérateurs ou des hydrogénérateurs 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 à essence.

générateur asynchrone. Différences avec synchrone

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

s = (n - nr)/n

Ici:
n- fréquence de rotation du champ magnétique (fréquence EMF).
nr- fréquence de rotation du rotor.

Plus de détails sur le calcul du glissement et de la fréquence peuvent être trouvés dans l'article : générateurs asynchrones. Fréquence .

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

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

Les générateurs asynchrones peuvent être classés selon la méthode d'excitation, la nature de la fréquence de sortie (variante, constante), la méthode de stabilisation de la tension, les zones de travail de glissement, la conception et le nombre de phases.
Les deux derniers traits caractérisent caractéristiques de conception générateurs.
La nature de la fréquence de sortie et les méthodes de stabilisation de la tension sont largement déterminées par la manière dont le flux magnétique est généré.
La classification selon la méthode d'excitation est la principale.

Il est possible de considérer des générateurs à auto-excitation et à excitation indépendante.

L'auto-excitation dans les générateurs asynchrones peut être organisée :
a) en utilisant des condensateurs inclus dans le circuit du stator ou du rotor 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.

Selon 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), le second 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 de composants 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 maintenance sans prétention. Ils sont utilisés pour alimenter des appareils qui ne nécessitent pas une liaison rigide à la fréquence du courant.
L'avantage technique des générateurs asynchrones se reconnaît à leur résistance aux surcharges et aux courts-circuits.
Certaines informations sur les groupes électrogènes mobiles peuvent être trouvées sur la page :
Générateurs diesel.
générateur asynchrone. Caractéristiques .
générateur asynchrone. Stabilisation.

Les commentaires et suggestions sont acceptés et bienvenus!

Les titulaires du brevet RU 2548662 :

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

L'invention concerne le domaine de l'électrotechnique et de l'électrotechnique, en particulier les génératrices synchrones à excitation par aimants permanents, et peut être utilisée dans des alimentations autonomes à fréquence industrielle standard et à fréquence augmentée, dans des machines électriques et des centrales électriques. En particulier, le générateur synchrone proposé peut être utilisé comme source d'alimentation autonome pour les voitures, bateaux et autres véhicules.

Un générateur synchrone est connu, contenant un stator avec un système de conducteurs et un rotor ayant un système d'excitation à aimants permanents, et entre le stator et le rotor il y a une surface active - un entrefer, le rotor est réalisé sous la forme de un rotor externe avec une surface active à l'intérieur, le rotor a, si vous regardez le sens du mouvement de rotation, alternant les uns avec les autres dans le sens de la rotation, des aimants permanents magnétisés et des sections de matériau magnétiquement conducteur, les aimants permanents sont constitués d'un matériau avec une perméabilité magnétique proche de celle de l'air, les aimants permanents, s'ils sont mesurés dans le sens de rotation, ont une augmentation avec l'augmentation de la distance de l'actif la largeur de la surface, et les sections magnétiquement conductrices ont une largeur décroissante avec l'augmentation de la distance de la surface active, les sections magnétiquement conductrices ont une surface à travers laquelle le flux magnétique sort et qui fait face à la surface active, et elle est inférieure à la somme des surfaces la Coupe transversale du flux magnétique des deux aimants permanents adjacents, à la suite de quoi le flux magnétique des aimants permanents est concentré sur la surface active du pôle du stator, s'il est mesuré dans le sens de rotation, ils ont presque la même largeur que le surface des sections conductrices magnétiques par laquelle le flux magnétique sort (brevet RF n° 2141716, IPC H02K 21/12, publié le 20/11/1991).

Génératrice synchrone connue contenant une armature multipolaire à n pôles (n est un nombre entier) avec bobinages, et un système d'excitation formé par une pluralité d'aimants permanents. Dans ce cas, les aimants permanents ont (n-1) pôles pour créer un champ magnétique d'excitation lors de la rotation par rapport à l'induit, et les aimants permanents sont aimantés selon le sens de rotation, et les pôles sont réalisés avec un biseau par rapport au rotation du système d'excitation (brevet RF n° 2069441, IPC H02K 21/22, publié le 20/11/1996).

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

L'analogue (prototype) le plus proche de l'invention est un générateur synchrone à excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble de paliers de stator avec des paliers de support, sur lequel un circuit magnétique annulaire est monté avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées sur le des protubérances polaires avec un enroulement d'induit de stator polyphasé, monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans des paliers de support autour du circuit magnétique annulaire du stator ; un rotor annulaire avec un insert magnétique annulaire monté sur la paroi latérale intérieure avec des pôles magnétiques alternant en la direction circonférentielle à partir de paires p, recouvrant les saillies polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit du circuit magnétique annulaire du stator. L'ensemble de palier de stator est constitué d'un groupe de modules identiques avec un circuit magnétique annulaire et un rotor annulaire monté sur un arbre de support, tandis que les modules de l'ensemble de palier de stator sont installés avec la possibilité de leur rotation les uns par rapport aux autres autour d'un axe coaxiaux avec l'arbre de support, et sont équipés d'un entraînement relié cinématiquement à leur rotation angulaire l'une par rapport à l'autre, et les phases du même nom des enroulements d'induit dans les modules de l'unité de support de stator sont interconnectées, formant les phases communes de l'enroulement d'induit du stator (brevet RF No.

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

De plus, ainsi que dans les analogues mentionnés, dans le générateur connu, aucun élément ne permet de modifier rapidement la valeur du flux magnétique total des aimants permanents individuels qui forment un insert magnétique annulaire.

L'objectif de la présente invention est de simplifier la conception et d'étendre la fonctionnalité d'un générateur synchrone, en fournissant de l'électricité à une grande variété de récepteurs multiphases CA. courant électrique avec différents réglages de tension d'alimentation.

EFFET : stabilisation de la tension de sortie et de la puissance active grâce à l'introduction d'éléments élastiques dans la conception du générateur synchrone.

Le résultat technique est obtenu par le fait que dans un générateur synchrone à excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble de roulements de stator avec roulements, sur lequel un circuit magnétique annulaire est monté avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées sur le pôle des protubérances avec un enroulement de stator à induit polyphasé, montées sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans des paliers de support autour du circuit magnétique annulaire du stator ; l'insert est réalisé sous la forme de deux anneaux identiques qui peuvent se déplacer dans la direction axiale, tandis que un élément élastique est situé entre les anneaux.

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

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

L'élément élastique donné en exemple est réalisé sous forme de ressorts.

L'essence de l'invention est illustrée dans le dessin.

En figue. La figure 1 représente une vue générale de la génératrice synchrone proposée avec excitation par aimants permanents en coupe longitudinale, avec chemises magnétiques en position de repos.

En figue. 2 est une vue lorsque les inserts magnétiques sont en position de travail.

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

Un générateur synchrone à excitation par des aimants permanents contient un boîtier de stator interne 1, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire 2 (par exemple, sous la forme d'un disque monolithique en matériau magnétique dur composite en poudre) avec des protubérances polaires le long de la périphérie , équipés de bobines électriques (sections) 3 placées sur eux, avec multiphasé (par exemple, triphasé, et en cas général n-phase) enroulements d'induit du stator. Sur l'arbre 4 avec possibilité de rotation sur des roulements 5, 6 autour de l'ensemble de roulement du stator, un rotor annulaire 7 est installé, avec des inserts magnétiques annulaires 8 montés sur la paroi latérale intérieure (par exemple, sous la forme d'aimants monolithiques anneaux en matériau magnétoanisotrope en poudre) avec des anneaux magnétiques alternant dans la direction circonférentielle. pôles de paires p, et réalisés sous la forme d'anneaux identiques avec la capacité de se déplacer dans les rainures 9 dans la direction de l'axe de rotation, et à l'exclusion leur rotation par rapport au rotor annulaire 7, séparés par un élément élastique 10, par exemple des ressorts de compression. Et recouvrant les corniches polaires avec l'enroulement d'ancrage du circuit magnétique annulaire du stator. Le rotor annulaire 7 comprend des inserts magnétiques annulaires 8, un élément élastique 10 et une bague de poussée 11. Le stator comprend un circuit magnétique annulaire 2, des bobines d'enroulement d'induit 3, un carter interne 1 et un carter externe 12 avec des trous centraux 13 à l'extrémité . Le carter interne 1 de l'ensemble palier du stator est associé par sa paroi latérale cylindrique interne à un palier 5, et le carter externe 12 à un palier 6. Le rotor annulaire 7 est relié à l'arbre 4. Le circuit magnétique annulaire 2 (avec les enroulements 3) du stator est monté sur le carter intérieur spécifié 1, qui est rigidement fixé avec le carter extérieur 12, et forme avec ce dernier une cavité annulaire 14. Le ventilateur 15 pour refroidir les enroulements d'induit du stator est situé à l'extrémité de l'arbre 4. Sur le carter extérieur est installé un carter 16. Les phases (A, B, C) de l'enroulement d'induit 3 sur le stator du circuit magnétique annulaire 2 sont interconnectées dans un circuit électrique.

Le générateur synchrone avec excitation par des aimants permanents fonctionne comme suit.

De l'entraînement, par exemple, d'un moteur à combustion interne, à travers une poulie d'entraînement à courroie trapézoïdale (non représentée sur le dessin), le mouvement de rotation est transmis à l'arbre 4 avec un rotor annulaire 7. Lorsque le rotor annulaire 7 tourne avec inserts magnétiques annulaires 8, un flux magnétique rotatif est créé qui pénètre dans l'espace annulaire d'air entre les inserts magnétiques annulaires 8 et le circuit magnétique annulaire 2 du stator, ainsi que dans les protubérances polaires radiales (non représentées sur le dessin) de l'anneau circuit magnétique 2 du stator. Lorsque le rotor annulaire 7 tourne, le passage alterné des pôles magnétiques alternatifs "nord" et "sud" des inserts magnétiques annulaires 8 sur les protubérances polaires radiales du circuit magnétique annulaire 2 du stator s'effectue également, provoquant la rotation du flux magnétique à la fois en amplitude et en direction dans les saillies polaires radiales du circuit magnétique annulaire 2. Dans ce cas, une force électromotrice sinusoïdale (EMF) est induite dans l'enroulement d'induit 3 du stator avec un déphasage entre eux par 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 8 par la vitesse de rotation du rotor annulaire 7 Courant alternatif (par exemple triphasé) circulant à travers l'enroulement d'induit du stator 3 est fourni à la sortie des connecteurs d'alimentation électrique (non représentés sur le dessin) pour connecter des récepteurs d'énergie électrique alternative.

Avec une augmentation de la charge sur le générateur, le courant traversant l'enroulement d'induit du stator 3 augmente, tandis que la force d'attraction agissant sur les inserts magnétiques annulaires 8 augmente également.Ceux-ci sont aspirés dans l'entrefer, comprimant l'élément élastique 10, augmentant le flux magnétique des inserts magnétiques annulaires 8. Car de ce fait, la tension aux bornes de l'enroulement 3 du stator du générateur est stabilisée. La mise en œuvre du stator avec le circuit magnétique annulaire spécifié 2 et le rotor annulaire 7 monté sur le même arbre 4, ainsi que le rotor annulaire avec la possibilité d'attirer les chemises magnétiques annulaires 8 dans l'entrefer, vous permet de stabiliser le tension de sortie et puissance active du générateur synchrone dans les limites spécifiées.

Ainsi, la proposition solution technique permet d'assurer la stabilisation de la tension de sortie et de la puissance active lorsque la charge électrique du générateur change.

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

Génératrice synchrone à excitation par aimants permanents, contenant un ensemble palier stator avec paliers de support, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées sur les protubérances polaires, avec un enroulement d'induit statorique polyphasé , monté sur l'arbre de support avec possibilité de rotation dans les 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 alternant dans la direction circonférentielle à partir de paires p, couvrant le protubérances polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit du circuit magnétique annulaire du stator, caractérisé en ce que l'insert magnétique est réalisé sous la forme de deux anneaux identiques ayant la capacité de se déplacer dans la direction axiale, tandis qu'un élément élastique est situé entre les anneaux .

Brevets similaires :

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

Le domaine d'activité (technologie) auquel appartient l'invention décrite

Le savoir-faire du développement, à savoir cette invention de l'auteur concerne le domaine de l'électrotechnique, en particulier les générateurs synchrones à excitation par des aimants permanents, et peut être utilisé dans des sources d'énergie autonomes sur des voitures, des bateaux, ainsi que des dans les alimentations autonomes pour consommateurs à courant alternatif comme fréquence industrielle standard et fréquence augmentée et dans les centrales électriques autonomes comme source de courant de soudage pour le soudage à l'arc électrique sur le terrain.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Génératrice synchrone connue à excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble porte-stator avec paliers de support, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un enroulement stator induit, et également monté sur un arbre de support pour la rotation dans les paliers de support d'excitation mentionnés (voir, par exemple, A.I. Voldek, " Voiture électrique", Ed. Energy, succursale de Leningrad, 1974, p. 794).

Les inconvénients du générateur synchrone connu sont une consommation de métal importante et des dimensions importantes dues à une consommation de métal importante et aux dimensions d'une forme cylindrique massive du rotor, 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 stator avec paliers de support, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un enroulement stator induit, monté avec possibilité de rotation autour du circuit magnétique annulaire du stator avec un monté sur la paroi latérale intérieure avec un insert magnétique annulaire avec des pôles magnétiques alternant dans la direction circonférentielle, recouvrant les rebords polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit de l'annulaire spécifié circuit magnétique du stator (voir par exemple le brevet RF n° 2141716, classe H 02 K 21/12 selon la demande n° 4831043/09 du 2 mars 1988).

Un inconvénient du générateur synchrone connu avec excitation par des aimants permanents est les paramètres de fonctionnement étroits dus au manque de capacité à contrôler la puissance active du générateur synchrone, car dans la conception de ce générateur à inducteur synchrone, il n'y a aucune possibilité de changer rapidement le flux magnétique total généré par les aimants permanents individuels de l'insert magnétique annulaire spécifié.

L'analogue le plus proche (prototype) est un générateur synchrone à excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble de roulements de stator avec des roulements de support, sur lequel un circuit magnétique annulaire est monté avec des rebords polaires le long de la périphérie, équipés de bobines électriques placées dessus avec un multi -enroulement d'induit de phase du stator, monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés autour du circuit magnétique annulaire du stator ; RF n° 2069441, classe H 02 K 21/22 selon la demande n° 4894702/07 du 06/01/1990).

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L'inconvénient du générateur synchrone connu avec excitation par des aimants permanents est également des paramètres de fonctionnement étroits, en raison à la fois de l'incapacité de contrôler la puissance active du générateur d'inductance synchrone et de l'incapacité de contrôler l'amplitude de la tension alternative de sortie, ce qui le rend difficile de l'utiliser comme source de courant de soudage dans le soudage à l'arc (dans la conception du générateur synchrone bien connu, il n'y a aucune possibilité de changer rapidement l'amplitude du flux magnétique total des aimants permanents individuels, qui forment un insert magnétique annulaire Entre elles).

Le but de la présente invention est d'étendre les paramètres de fonctionnement d'un générateur synchrone en offrant la possibilité de réguler à la fois sa puissance active et la possibilité de réguler la tension alternative, ainsi que la possibilité de l'utiliser comme source de courant de soudage. lors du soudage à l'arc électrique dans différents modes.

Ce but est atteint par le fait qu'une génératrice synchrone à excitation par aimants permanents, contenant un ensemble palier stator avec paliers de support, sur lequel est monté un circuit magnétique annulaire avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un enroulement d'induit polyphasé du stator, monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés autour du circuit magnétique annulaire du stator ; le stator est constitué d'un groupe de modules identiques avec le circuit magnétique annulaire indiqué et un rotor, monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation l'un par rapport à l'autre autour d'un axe coaxial à l'arbre de support, et équipé d'un entraînement cinématiquement relié pour leur rotation angulaire l'un par rapport à l'autre, et de même les phases du les enroulements d'induit dans les modules de l'unité de palier de stator sont interconnectés, formant les phases communes de l'enroulement d'induit du stator.

Une différence supplémentaire du générateur synchrone proposé avec excitation par des aimants permanents est que les mêmes pôles magnétiques des inserts magnétiques annulaires des rotors annulaires dans les modules adjacents de l'ensemble de support de stator sont situés de manière congruente les uns par rapport aux autres dans les mêmes plans radiaux, et les les extrémités des phases de l'enroulement d'induit dans un module de l'ensemble de support de stator sont connectées aux débuts des phases d'enroulement d'induit du même nom dans un autre module adjacent de l'unité de support de stator, formant en liaison les unes avec les autres les phases communes du stator enroulement d'induit.

De plus, chacun des modules de l'ensemble de palier de stator comprend un manchon annulaire avec une bride de poussée externe et un manchon avec un trou central à l'extrémité, et le rotor annulaire dans chacun des modules de l'ensemble de support de stator comprend une coque annulaire avec un flasque de poussée interne, dans lequel ledit insert magnétique annulaire correspondant est installé. , dans lequel lesdites douilles annulaires des modules de l'ensemble de paliers de stator sont reliées par leur paroi latérale cylindrique intérieure à l'un desdits paliers de support, dont l'autre sont reliées aux parois des trous centraux dans les extrémités des coupelles correspondantes indiquées, les coques annulaires du rotor annulaire sont reliées rigidement à l'arbre de support au moyen d'unités de fixation, et le circuit magnétique annulaire dans le module correspondant du stator l'unité de roulement est montée sur le manchon annulaire spécifié, rigidement fixé par sa bride de poussée extérieure à la paroi cylindrique latérale de la coupelle et formant, avec cette dernière, une cavité annulaire, dans laquelle le circuit magnétique annulaire correspondant indiqué avec des bobines électriques du l'enroulement d'induit de stator correspondant est placé. Une différence supplémentaire de la génératrice synchrone proposée avec excitation par aimants permanents est que chacune des unités de fixation reliant la coque annulaire du rotor annulaire à l'arbre de support comprend un moyeu monté sur l'arbre de support avec une bride rigidement fixée à la bride de poussée interne de la coque 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'ensemble de support de stator les uns par rapport aux autres est monté au moyen d'un ensemble de support sur les modules de l'ensemble de support de stator.

De plus, l'entraînement en rotation angulaire les uns par rapport aux autres des modules de l'ensemble palier stator est réalisé sous la forme d'un mécanisme à vis avec une vis mère et un écrou, et l'ensemble de support pour l'entraînement en rotation angulaire des tronçons de l'ensemble porte-stator comprend une patte de support fixée sur l'une des coupelles mentionnées, et une barre de support sur l'autre coupelle. , tandis que la vis mère est reliée de manière pivotante par une charnière à deux degrés à une extrémité passant par un axe parallèle à l'axe de l'arbre de support mentionné, avec la barre de support spécifiée, réalisé avec une fente de guidage située le long de l'arc de cercle, et l'écrou du mécanisme à vis est relié de manière pivotante à une extrémité avec ladite patte, est réalisé à l'autre extrémité avec un tige passée à travers une fente de guidage dans la barre de support et équipée d'un élément de verrouillage.

L'essentiel de l'invention est illustré par des dessins.

La figure 1 montre une vue générale du générateur synchrone proposé avec excitation à partir d'aimants permanents en coupe longitudinale ;

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Figure 2 - Génératrice synchrone avec excitation par aimants permanents, vue A ;

La figure 3 représente schématiquement le circuit d'excitation magnétique d'une génératrice synchrone dans le mode de réalisation avec 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 du porte-stator unité) pour le nombre de paires de pôles statoriques p=8 ;

Figure 4 - la même, avec les phases des circuits électriques triphasés des enroulements d'ancrage du stator, déployées les unes par rapport aux autres en position angulaire sous un angle égal à 360/2p degrés ;

La figure 5 montre l'option circuit électrique connexions des enroulements d'ancrage du stator du générateur synchrone avec la connexion des phases du générateur avec une étoile et la connexion en série des mêmes phases dans les phases communes formées par elles;

La figure 6 montre une autre version du circuit électrique pour connecter les enroulements d'induit du stator d'un générateur synchrone avec la connexion des phases du générateur en triangle et la connexion en série des mêmes phases dans les phases communes formées par elles;

un diagramme vectoriel schématique de la variation de l'amplitude des tensions de phase d'un générateur synchrone avec un tour angulaire des phases correspondantes du même nom des enroulements d'induit du stator (respectivement, les modules de l'unité de support de stator) par l'angle correspondant et lorsque les phases indiquées sont connectées selon le schéma "étoile"

La figure 7 montre un diagramme vectoriel schématique de la variation de l'amplitude des tensions de phase d'un générateur synchrone avec un tour angulaire des phases correspondantes du même nom des enroulements d'induit du stator (respectivement, les modules de l'unité de support de stator) à l'angle approprié et le moment où ces phases sont connectées selon le schéma "en étoile" ;

de même, lors de la connexion des phases des enroulements d'induit du stator selon le schéma "triangle"

Figure 8 - idem, lors de la connexion des phases des enroulements d'ancrage du stator selon le schéma "triangle";

diagramme avec un graphique de la dépendance de la tension linéaire de sortie d'un générateur synchrone sur l'angle de rotation géométrique des mêmes phases des enroulements d'induit du stator avec la réduction de l'angle de rotation électrique correspondant du vecteur de tension dans la phase de connexion les phases selon le schéma "en étoile"

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La figure 9 montre un schéma avec un graphique de la dépendance de la tension linéaire de sortie d'un générateur synchrone sur l'angle de rotation géométrique des mêmes phases des enroulements d'induit du stator avec la réduction de l'angle de rotation électrique correspondant de la tension vecteur dans la phase pour connecter les phases selon le schéma "en étoile" ;

La figure 10 montre un schéma avec un graphique de la dépendance de la tension linéaire de sortie d'un générateur synchrone sur l'angle de rotation géométrique des mêmes phases des enroulements d'induit du stator avec la réduction de l'angle de rotation électrique correspondant de la tension vecteur dans la phase pour connecter les phases selon le schéma "triangle".

La génératrice synchrone à excitation par aimants permanents contient un ensemble palier stator avec paliers supports 1, 2, 3, 4, sur lequel est monté un groupe de noyaux magnétiques annulaires identiques 5 (par exemple, sous forme de disques monolithiques en composite de poudre matériau magnétiquement doux) avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipées de bobines électriques 6 placées dessus avec des enroulements d'induit multiphasés (par exemple, triphasés, et généralement m-phasés) 7, 8 du stator, montés sur le support arbre 9 avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés 1, 2, 3, 4 autour du stator de l'ensemble palier, un groupe de rotors annulaires identiques 10, avec des inserts magnétiques annulaires 11 montés sur les parois latérales intérieures (par exemple, dans le forme d'anneaux magnétiques monolithiques en matériau magnétoanisotrope en poudre) avec des pôles magnétiques alternant dans le sens circonférentiel à partir de paires p (dans cette version du générateur, le nombre de paires p pôles magnétiques est égal à 8), recouvrant les protubérances polaires avec des les bobines 6 des enroulements d'induit 7, 8 desdits noyaux magnétiques annulaires 5 du stator. L'ensemble palier stator est constitué d'un groupe de modules identiques dont chacun comprend une douille annulaire 12 avec une bride de poussée extérieure 13 et une coupelle 14 avec un trou central "a" à l'extrémité 15 et avec une paroi cylindrique latérale 16. Chacun des rotors annulaires 10 comporte une virole annulaire 17 à flasque de poussée interne 18. Les douilles annulaires 12 des modules de l'ensemble palier stator sont associées par leur paroi latérale intérieure cylindrique à l'un des paliers supports mentionnés (avec paliers supports 1, 3), dont les autres (2, 4) sont associés aux parois des trous centraux "a" dans les extrémités 15 des verres correspondants spécifiés 14. Les coquilles annulaires 17 des rotors annulaires 10 sont reliées rigidement au support l'arbre 9 au moyen de fixations, et chacun des noyaux magnétiques annulaires 5 dans le module correspondant de l'ensemble de palier de stator est monté sur le manchon annulaire spécifié 12, fixé rigidement avec sa bride de poussée externe 13 avec la paroi cylindrique latérale 16 de la coupelle 14 et formant, avec ce dernier, une cavité annulaire "b", dans laquelle est placé le circuit magnétique annulaire correspondant indiqué 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 du stator (coussinets annulaires 12 avec manchons 14 qui forment ces modules) sont installés avec la possibilité de leur rotation relative les uns par rapport aux autres autour d'un axe coaxial à l'arbre de support 9, et sont équipés d'une liaison cinématique entraînement en rotation angulaire de ceux-ci l'un par rapport à l'autre, montés au moyen de l'ensemble support sur les modules de l'ensemble palier stator. Chacune des attaches reliant la virole annulaire 17 du rotor annulaire 10 correspondant à l'arbre support 9 comporte un moyeu 19 monté sur l'axe support 9 avec un flasque 20 solidaire de la bride de poussée interne 18 de la virole annulaire 17 correspondante. l'entraînement pour la rotation angulaire des modules d'ensemble de roulement de stator est différent les uns par rapport aux autres dans le mode de réalisation privé présenté est réalisé sous la forme d'un mécanisme à vis avec une vis mère 21 et un écrou 22, et l'unité de support de l'entraînement pour le le tour angulaire des tronçons de l'ensemble palier du stator comprend une patte d'appui 23 fixée sur l'une des coupelles 14 précitées, et sur l'autre coupelle 14 une barre d'appui 24 La vis mère 21 est reliée en pivotement par une charnière à deux degrés ( une charnière à deux degrés de liberté) avec une extrémité "c" au moyen d'un axe 25 parallèle à l'axe O-O1 de l'arbre de support mentionné 9, avec la barre de support spécifiée 24, réalisée avec une fente de guidage "g" située le long de l'arc de cercle ", et l'écrou 22 du mécanisme à vis est relié de manière pivotante à une extrémité avec la patte de support 23 mentionnée, est réalisé à l'autre extrémité avec une tige 26, passée à travers la fente de guidage " g " dans le barre de support 24, et est équipée d'un élément de blocage 27 (contre-écrou). A l'extrémité de l'écrou 22, relié de manière pivotante à la patte de support 23, se trouve un élément de blocage supplémentaire 28 (écrou de blocage supplémentaire). L'arbre support 9 est équipé de ventilateurs 29 et 30 pour refroidir les enroulements d'induit 7, 8 du stator, dont l'un (29) est situé à une extrémité de l'arbre support 9, et l'autre (30) est placé entre les sections de l'ensemble palier stator et montées sur l'arbre de support 9. les coussinets 12 des sections de l'ensemble palier stator sont réalisés avec des trous de ventilation "d" sur les brides de poussée extérieures 13 pour faire passer le flux d'air dans les cavités annulaires correspondantes "b " formé par les douilles annulaires 12 et les coupelles 14, et refroidissant ainsi les enroulements d'ancrage 7 et 8, placés dans des bobines électriques 6 sur les protubérances polaires des noyaux magnétiques annulaires 5. A l'extrémité de l'arbre de support 9, sur lequel le ventilateur 29 se trouve, une poulie à courroie trapézoïdale 31 est montée pour entraîner les rotors annulaires 10 de la génératrice synchrone. Le ventilateur 29 est fixé directement sur la poulie à courroie trapézoïdale 31. A l'autre extrémité de la vis-mère 21 du mécanisme à vis, une poignée 32 est installée pour la commande manuelle du mécanisme à vis de l'entraînement pour la rotation angulaire des modules de l'ensemble palier stator les uns par rapport aux autres. Les phases du même nom (A1, B1, C1 et A2, B2, C2) des enroulements d'induit dans les circuits magnétiques en anneau 5 modules de l'unité de support de stator sont interconnectées, formant des phases communes du générateur (connexion des mêmes phases en général, à la fois en série et en parallèle, ainsi que composé ). Les pôles magnétiques du même nom ("nord" et, par conséquent, "sud") des inserts 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 par rapport 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 annulaire 5 d'un module de l'unité de support de stator sont connectées aux débuts des mêmes phases (A2 , B2, C2) de l'enroulement d'induit (enroulement 8) dans un autre module adjacent portant le noeud du stator, formant en connexion en série entre eux les phases communes de l'enroulement d'induit du stator.

Le générateur synchrone avec excitation par des aimants permanents fonctionne comme suit.

De l'entraînement (par exemple, d'un moteur à combustion interne, principalement diesel, non représenté sur le dessin) à travers la poulie 31 de la transmission à courroie trapézoïdale, le mouvement de rotation est transmis à l'arbre de support 9 avec des rotors annulaires 10. Lorsque le des rotors annulaires 10 (coquilles annulaires 17) tournent avec des inserts magnétiques annulaires 11 (par exemple, des anneaux magnétiques monolithiques en matériau magnétoanisotrope en poudre) des flux magnétiques rotatifs sont créés qui pénètrent dans l'espace annulaire d'air entre les inserts magnétiques annulaires 11 et les noyaux magnétiques annulaires 5 (par exemple, des disques monolithiques en matériau composite pulvérulent magnétiquement doux) des modules de l'ensemble palier stator, ainsi que pénétrant dans les protubérances polaires radiales (classiquement non représentées sur le dessin) des noyaux magnétiques annulaires 5. Lors de la rotation de les rotors annulaires 10, le passage alterné des pôles magnétiques alternatifs "nord" et "sud" des inserts magnétiques annulaires 11 s'effectue également sur les protubérances polaires radiales des noyaux magnétiques annulaires 5 des modules de l'ensemble palier stator, provoquant des pulsations du flux magnétique rotatif à la fois en amplitude et en direction dans les saillies polaires radiales de ces circuits magnétiques annulaires 5. Dans ce cas, des forces électromotrices variables (FEM) sont induites dans les enroulements d'induit 7 et 8 du stator avec une mutuelle déphasage dans chacun des enroulements d'induit à m phases 7 et 8 à un angle égal à 360 / m degrés électriques, et pour les enroulements d'induit triphasés présentés 7 et 8 dans leurs phases (A1, B1, C1 et A2, B2 , C2) des forces électromotrices alternatives sinusoïdales (EMF) sont induites 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, des champs électromagnétiques variables de fréquence principalement augmentée sont induits, par exemple avec une fréquence de 400 Hz) . Courant alternatif (par exemple, triphasé ou, en général, m-phase) traversant un enroulement d'induit de stator commun formé par la connexion ci-dessus entre les mêmes phases (A1, B1, C1 et A2, B2, C2) des enroulements d'induit 7 et 8 dans les noyaux magnétiques annulaires adjacents 5, est alimenté aux connecteurs d'alimentation électrique de sortie (non représentés sur le dessin) pour connecter des récepteurs d'énergie électrique CA (par exemple, pour connecter des moteurs électriques, des outils électriques, des pompes électriques, des appareils de chauffage, comme ainsi que pour connecter des équipements de soudage électrique, etc. ). Dans le mode de réalisation présenté du générateur synchrone, la tension de phase de sortie (Uf) dans l'enroulement d'induit du stator commun (formé par la connexion susmentionnée correspondante entre les mêmes phases des enroulements d'induit 7 et 8 dans les circuits magnétiques en anneau 5) dans la position initiale initiale des modules de l'ensemble palier stator (sans déplacement angulaire de chacun par rapport à l'autre de ces modules de l'ensemble porte-stator et, par conséquent, sans déplacement angulaire l'un par rapport à l'autre des noyaux magnétiques annulaires 5 à protubérances polaires le long de la périphérie) est égal à la somme modulo des tensions de phase individuelles (Uf1 et Uf2) dans les enroulements d'induit 7 et 8 des noyaux magnétiques annulaires des modules de l'ensemble de support de stator (dans le cas général, la puissance totale 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 Fig.7 et 8 avec diagrammes de tension). S'il est nécessaire de modifier (réduire) l'amplitude de la tension de phase de sortie Uph (et, par conséquent, la tension linéaire 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), une rotation angulaire des modules individuels du nœud porteur est effectuée stator les uns par rapport aux autres selon un certain angle (donné ou calibré). Dans ce cas, l'élément de blocage 27 de l'écrou 22 du mécanisme à vis de l'entraînement pour la rotation angulaire des modules de l'ensemble palier stator est déverrouillé et, au moyen de la poignée 32, la vis mère 21 du mécanisme à vis est tourné, à la suite de quoi le mouvement angulaire de l'écrou 22 le long de l'arc de cercle dans la fente "g" de la barre de support 24 et la rotation d'un angle donné de l'un des modules de l'ensemble porte-stator avec par rapport à un autre module de cet ensemble porte-stator autour de l'axe O-O1 de l'arbre support 9 l'autre module de l'ensemble palier stator avec la barre support 24, présentant une fente "g", est en position fixe, c'est-à-dire fixé sur toute embase, non représentée classiquement au dessin présenté). Avec une rotation angulaire des modules de l'ensemble de roulement du stator (coussinets annulaires 12 avec coupelles 14) les uns par rapport aux autres autour de l'axe O-O1 de l'arbre de support 9, les noyaux magnétiques annulaires 5 avec des protubérances polaires le long de la périphérie sont également mis en rotation l'une par rapport à l'autre selon un angle donné, de sorte que le virage s'effectue également selon un angle donné l'une par rapport à l'autre autour de l'axe O-O1 de l'arbre support 9 des protubérances polaires elles-mêmes (non représentées classiquement sur la dessin) avec des bobines électriques 6 des enroulements d'induit multiphasés (dans ce cas, triphasés) 7 et 8 du stator dans des circuits magnétiques en anneau. Lorsque les saillies polaires des circuits magnétiques annulaires 5 sont tournées les unes par rapport aux autres à un angle donné dans les 360/2p degrés, une rotation proportionnelle des vecteurs de tension de phase se produit dans l'enroulement d'induit du module mobile de l'unité de support de stator (en ce cas, les vecteurs de tension de phase Uf2 tournent dans l'enroulement d'induit 7 du stator du module d'unité porteuse, qui a la possibilité de tourner angulairement) à un angle bien défini dans les 0-180 degrés électriques (voir Fig.7 et 8), ce qui entraîne une modification de la tension de phase de sortie résultante Uf du générateur synchrone en fonction de l'angle de rotation électrique des vecteurs de tension de phase Uf2 dans les phases A2, B2, C2 d'un enroulement d'induit 7 du stator par rapport aux vecteurs de phase tensions Uph1 dans les phases A1, B1, C1 de l'autre enroulement d'induit 8 du stator (cette dépendance a un caractère de calcul, calculé en résolvant des triangles obliques et est déterminée par l'expression suivante :

La plage de régulation de la tension de phase résultante de sortie Uf du générateur synchrone présenté pour le cas où Uf1=Uf2 variera de 2Uf1 à 0, et pour le cas où Uf2

Exécution de l'ensemble 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 de support 9, ainsi que l'installation de modules de l'ensemble porte-stator avec la possibilité de leur rotation relative les uns aux autres autour d'un axe coaxial à l'arbre support 9, alimentation des modules de l'ensemble palier stator reliés cinématiquement à eux par l'entraînement de leur spire angulaire les uns par rapport aux autres et la liaison entre les mêmes phases des enroulements d'induit 7 et 8 dans les modules de l'ensemble de roulement 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 à la fois sa puissance active et en offrant la possibilité de contrôler la sortie Tension alternative, ainsi que la possibilité de l'utiliser comme source de courant de soudage lors du soudage à l'arc électrique dans différents modes (en offrant la possibilité de contrôler l'amplitude du déphasage de tension 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 multiphasé avec différents paramètres de tension d'alimentation. De plus, la disposition supplémentaire des mêmes pôles magnétiques ("nord" et, par conséquent, "sud") des inserts magnétiques annulaires 11 dans les rotors annulaires adjacents 10 est congruente dans les mêmes plans radiaux, ainsi que 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 porte-stator avec les débuts des mêmes phases A2, B2, C2 de l'enroulement d'induit 8 dans le module adjacent module de l'ensemble porte-stator (connexion en série des mêmes phases de l'enroulement d'induit du stator du même nom) permettent d'assurer une régulation douce et efficace de la tension de sortie du générateur synchrone à partir de la valeur maximale (2U f1, et en le cas général pour le nombre n de sections de l'ensemble palier stator nU f1) à 0, qui peut également être utilisé pour alimenter en électricité des machines et installations électriques spéciales.

Réclamation

1. Un générateur synchrone à excitation par des aimants permanents, contenant un ensemble de roulements de stator avec des roulements de support, sur lequel un circuit magnétique annulaire est monté avec des protubérances polaires le long de la périphérie, équipé de bobines électriques placées dessus avec un enroulement de stator à armature multiphasée , monté sur un arbre de support avec possibilité de rotation dans les paliers de support mentionnés 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 alternant dans la direction circonférentielle à partir de paires p, couvrant les corniches polaires avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit du circuit magnétique statorique annulaire spécifié, caractérisé en ce que l'ensemble de palier de stator est constitué d'un groupe de modules identiques avec le circuit magnétique annulaire indiqué et un rotor annulaire monté sur un arbre de support, tandis que les modules de l'ensemble porte-stator sont installés avec possibilité de rotation les uns par rapport aux autres autour d'un axe coaxial à l'arbre support, et sont équipés d'un entraînement cinématiquement lié pour leur rotation angulaire les uns par rapport aux autres, et du même nom les phases des enroulements d'induit dans les modules de l'unité de support de stator sont interconnectées, formant les phases communes de l'enroulement d'induit du stator.

2. Génératrice synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 1, caractérisée en ce que les mêmes pôles magnétiques des inserts magnétiques annulaires des rotors annulaires dans les modules adjacents de l'ensemble porte-stator sont situés congruent les uns aux autres dans les mêmes plans radiaux , et les extrémités des phases d'enroulement d'induit dans un module de support de l'ensemble de stator sont connectées aux débuts des phases d'enroulement d'induit du même nom dans un autre module adjacent de l'ensemble de support de stator, formant en liaison les uns avec les autres le commun phases de l'enroulement d'induit du stator.

3. Génératrice synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des modules de l'ensemble porte-stator comprend une douille annulaire avec un flasque extérieur de poussée et une coupelle avec un trou central en extrémité, et le rotor annulaire dans chacun des modules de l'ensemble porte-stator comporte une virole annulaire à collerette interne de poussée, dans laquelle est implanté ledit insert magnétique annulaire correspondant, tandis que lesdites douilles annulaires des modules de l'ensemble palier stator sont associées à leur enveloppe cylindrique intérieure paroi latérale avec l'un des paliers de support mentionnés, dont les autres sont associés aux parois des trous centraux dans les extrémités des verres correspondants spécifiés, les coques annulaires du rotor annulaire sont reliées rigidement à l'arbre de support au moyen de fixations , et le circuit magnétique annulaire dans le module correspondant de l'ensemble palier stator est monté sur le manchon annulaire spécifié, rigidement fixé par sa collerette extérieure de poussée à la paroi cylindrique latérale du verre et formant avec ce dernier une cavité annulaire, dans lequel contient le circuit magnétique annulaire correspondant spécifié avec des bobines électriques de l'enroulement d'induit correspondant du stator.

4. Génératrice synchrone à excitation par aimants permanents selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacune des attaches reliant la virole annulaire du rotor annulaire à l'arbre support comporte un moyeu monté sur l'arbre support avec un flasque solidaire de la bride de poussée interne de la virole annulaire correspondante.

5. Génératrice synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'entraînement en rotation angulaire des modules de l'ensemble porte-stator les uns par rapport aux autres est monté au moyen d'un ensemble support sur les modules de l'ensemble porte-stator assemblée.

6. Génératrice synchrone à excitation par aimants permanents selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'entraînement en rotation angulaire les uns par rapport aux autres des modules de l'ensemble porte-stator est réalisé sous la forme d'un mécanisme à vis avec une vis mère et un l'écrou, et l'ensemble de référence pour l'entraînement en rotation angulaire des modules de l'ensemble porte-stator comprend une patte d'appui fixée sur l'une des coupelles précitées, et une barre d'appui sur l'autre coupelle, tandis que la vis mère est reliée en pivotement par deux - charnière d'étage à une extrémité passant par un axe parallèle à l'axe de l'arbre de support mentionné, 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 ledit ergot, est réalisé à l'autre extrémité avec une tige passée dans la fente de guidage de la barre de support, et est muni d'un élément de verrouillage.

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