Sinkroni generator s pobudom s permanentnim magnetom. Sinkroni električni generator na kraju s pobudom s permanentnim magnetom. Metode uzbude za sinkrone generatore

Generator- uređaj koji pretvara jednu vrstu energije u drugu.
U ovom slučaju razmatramo pretvaranje mehaničke energije rotacije u električnu.

Postoje dvije vrste takvih generatora. Sinkrono i asinkrono.

Sinkroni generator. Princip rada

Posebnost sinkronog generatora je čvrsta sprega između frekvencije f promjenjivi EMF induciran u namotu statora i brzini rotora n, nazvana sinkrona brzina:

n = f/ str

gdje str- broj parova polova namota statora i rotora.
Obično se brzina rotacije izražava u o / min, a EMF frekvencija u Hercima (1 / s), tada će za broj okretaja u minuti formula imati oblik:

n = 60f/ str

Na sl. 1.1 predstavljeno funkcionalni dijagram sinkroni generator. Na statoru 1 nalazi se trofazni namot, koji se bitno ne razlikuje od sličnog namota asinkronog stroja. Na rotoru se nalazi elektromagnet s pobudnim namotom 2 koji prima snagu istosmjerna struja, u pravilu, kroz klizne kontakte izvedene pomoću dva klizna prstena smještena na rotoru i dvije nepomične četke.
U nekim slučajevima, umjesto elektromagneta, pri projektiranju rotora sinkronog generatora mogu se koristiti stalni magneti, tada nestaje potreba za kontaktima na vratilu, ali su mogućnosti stabilizacije izlaznih napona značajno ograničene.

Pogonski motor (PD), koji se koristi kao turbina, motor s unutarnjim izgaranjem ili drugi izvor mehaničke energije, rotor generatora je postavljen u rotaciju sinkronom brzinom. U tom slučaju, magnetsko polje elektromagneta rotora također se rotira sinkronom brzinom i inducira promjenjivi EMF u trofaznom namotu statora E A, E Bend E C, koji su jednake vrijednosti i fazno pomaknuti jedan prema drugom za 1/3 razdoblja (120 °), tvore simetrični trofazni EMF sustav.

Spajanjem opterećenja na stezaljke namota statora C1, C2 i C3 pojavljuju se struje u fazama namota statora Ja A, Ja B, Ja C, koji stvaraju rotirajuće magnetsko polje. Učestalost rotacije ovog polja jednaka je frekvenciji rotacije rotora generatora. Tako se u sinkronom generatoru magnetsko polje statora i rotor rotiraju sinkrono. Trenutna vrijednost EMF -a namota statora u razmatranom sinkronom generatoru

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Ovdje: B- magnetska indukcija u zračnom prorezu između jezgre statora i polova rotora, T;
l Je li aktivna duljina jedne strane proreza statorskog namota, tj. duljina jezgre statora, m;
w- broj zavoja;
v = πDn- linearna brzina polova rotora u odnosu na stator, m / s;
D- unutarnji promjer jezgre statora, m

Formula EMF -a pokazuje da pri konstantnoj brzini rotora n oblik grafikona promjenjivog EMF -a namota armature (statora) određen je isključivo zakonom distribucije magnetske indukcije B u razmaku između polova statora i rotora. Ako je grafikon gustoće magnetskog toka u procjepu sinusoida B = B max sinα, tada će i EMF generatora biti sinusoidan. Sinkroni strojevi uvijek nastoje postići distribuciju indukcije u procjepu što bliže sinusoidnoj.

Dakle, ako je zračni otvor δ konstanta (slika 1.2), zatim magnetska indukcija B u zračnom jazu raspoređen je prema trapeznom zakonu (grafikon 1). Ako su rubovi stupova rotora "skošeni" tako da je razmak na rubovima stupova jednak δ max (kao što je prikazano na slici 1.2), tada će se grafikon raspodjele magnetske indukcije u procjepu približiti sinusoidi (grafikon 2), pa će se, prema tome, grafikon EMF -a induciranog u namotu generatora približiti sinusoidi. EMF frekvencija sinkronog generatora f(Hz) proporcionalno sinkronoj brzini rotora n(okr / s)

gdje str Je broj parova polova.
Generator koji se razmatra (vidi sliku 1.1) ima dva pola, tj. str = 1.
Da bi se dobio EMF industrijske frekvencije (50 Hz) u takvom generatoru, rotor se mora okretati s frekvencijom n= 50 r / s ( n= 3000 o / min).

Metode uzbude za sinkrone generatore

Najčešći način stvaranja glavnog magnetskog toka sinkronih generatora je elektromagnetsko uzbuđenje, koje se sastoji u činjenici da se pobudni namot postavlja na polove rotora, kada kroz njega prolazi istosmjerna struja, nastaje MDS, koji stvara magnetsko polje u generatoru. Donedavno su se za napajanje uzbudnog namota uglavnom koristili posebni generatori istosmjerne struje neovisne pobude, zvani pobuđivači. V.(Slika 1.3, a). Uzbudni namot ( OV) prima snagu iz drugog generatora (paralelna pobuda), koji se naziva pobuđivač ( PV). Rotor sinkronog generatora, pobuđivač i pobudnik nalaze se na zajedničkom vratilu i istovremeno se okreću. U tom slučaju struja ulazi u uzbudni namot sinkronog generatora kroz klizne prstene i četke. Za regulaciju uzbudne struje koriste se podesivi reostati, uključeni u uzbudni krug pobudnika r 1 i pobuđivač r 2. U sinkronim generatorima srednje i velike snage proces regulacije uzbudne struje je automatiziran.

U sinkronim generatorima također je korišten beskontaktni elektromagnetski sustav uzbude, u kojem sinkroni generator nema klizne prstenove na rotoru. U ovom slučaju, kao pobudnik koristi se obrnuti sinkroni alternator. V.(Sl. 1.3, b). Trofazni namot 2 pobudnik, u kojem se inducira varijabla EMF, nalazi se na rotoru i rotira zajedno s pobudnim namotom sinkronog generatora, a njihovo električno povezivanje vrši se kroz rotirajući ispravljač 3 izravno, bez kliznih prstenova i četki. Jednosmjerno napajanje namota polja 1 patogen B se izvodi iz patogena PV- DC generator. Odsustvo kliznih kontakata u uzbudnom krugu sinkronog generatora omogućuje povećanje njegove pouzdanosti u radu i povećanje učinkovitosti.

U sinkronim generatorima, uključujući hidrogeneratore, načelo samopobude postalo je rašireno (sl. 1.4, a), kada se energija izmjenične struje potrebna za pobudu uzima iz namota statora sinkronog generatora i kroz silazni transformator i poluvodički pretvarač ispravljača PP pretvorena u istosmjernu energiju. Princip samopobude temelji se na činjenici da se početno uzbuđenje generatora događa zbog zaostalog magnetizma stroja.

Na sl. 1.4, b prikazuje blok dijagram automatski sustav samopobuđivanje sinkronog generatora ( SG) s ispravljačkim transformatorom ( VT) i tiristorski pretvarač ( TP), kroz koji dolazi izmjenična struja iz kruga statora SG nakon pretvaranja u istosmjernu struju dovodi se u uzbudni namot. Tiristorskim pretvaračem upravlja automatski regulator pobude ARV, čiji ulaz prima naponske signale na ulazu SG(preko naponskog transformatora TN) i struje opterećenja SG(iz strujnog transformatora TT). Krug sadrži zaštitni blok ( BZ), pružajući zaštitu namota uzbude ( OV) protiv prenapona i prenapona.

Snaga uzbude obično je između 0,2 i 5% neto snage (niža vrijednost vrijedi za generatore velike snage).
U generatorima male snage primjenjuje se načelo pobude stalni magneti koji se nalazi na rotoru stroja. Ova metoda uzbude omogućuje oslobađanje generatora od uzbudnog namota. Zbog toga je dizajn generatora uvelike pojednostavljen, postaje ekonomičniji i pouzdaniji. Međutim, zbog visokih troškova materijala za izradu trajnih magneta s velikom opskrbom magnetskom energijom i složenosti njihove obrade, uporaba pobude s permanentnim magnetom ograničena je na strojeve čiji kapacitet nije veći od nekoliko kilovata.

Sinkroni generatori čine okosnicu elektroenergetske industrije, budući da se gotovo sva električna energija u svijetu proizvodi pomoću sinkronih turbo- ili hidrogeneratora.
Također, sinkroni generatori naširoko se koriste kao dio stacionarnih i mobilnih električnih instalacija ili stanica zajedno s dizelskim i benzinskim motorima.

Asinkroni generator. Razlike od sinkronih

Asinkroni generatori bitno se razlikuju od sinkronih generatora u nedostatku krute veze između brzine rotora i generiranog EMF -a. Razliku između ovih frekvencija karakterizira koeficijent s- klizanje.

s = (n - n r) / n

ovdje:
n- učestalost rotacije magnetskog polja (EMF frekvencija).
n r- brzina rotora.

Više pojedinosti o izračunu klizanja i učestalosti potražite u članku: asinkroni generatori. Frekvencija.

U normalnom načinu rada elektromagnetsko polje indukcijskog generatora pod opterećenjem djeluje kočioni moment na rotaciju rotora, pa je frekvencija promjene magnetskog polja manja, pa će klizanje biti negativno. Generatori koji rade na polju pozitivnog klizanja uključuju asinkrone tahogeneratore i pretvarače frekvencije.

Asinkroni generatori, ovisno o specifičnim uvjetima uporabe, izrađuju se s kaveznim, faznim ili šupljim rotorom. Izvori za stvaranje potrebne energije pobude rotora mogu biti statički kondenzatori ili pretvarači ventila s umjetnim uključivanjem ventila.

Asinkroni generatori mogu se klasificirati prema pobudnoj metodi, prirodi izlazne frekvencije (promjenjiva, konstantna), metodi stabilizacije napona, radnim kliznim područjima, dizajnu i broju faza.
Posljednje dvije značajke karakteriziraju značajke dizajna generatori.
Priroda izlaznih frekvencijskih i stabilizacijskih metoda napona uvelike je određena načinom stvaranja magnetskog toka.
Klasifikacija prema načinu pobude je glavna.

Možete uzeti u obzir generatore sa samopobudom i neovisnom uzbudom.

Samopobuda u asinkronim generatorima može se organizirati:
a) uz pomoć kondenzatora uključenih u krug statora ili rotora ili istodobno u primarni i sekundarni krug;
b) pomoću pretvarača ventila s prirodnom i umjetnom zamjenom ventila.

Nezavisno uzbuđenje može se provesti iz vanjskog izvora izmjeničnog napona.

Po prirodi frekvencije, samo pobuđeni generatori podijeljeni su u dvije skupine. Prvi od njih uključuje izvore praktički konstantne (ili konstantne) frekvencije, do druge promjenjive (podesive) frekvencije. Potonji se koriste za pogon asinkronih motora s glatkom promjenom brzine.

Planira se detaljnije razmotriti načelo rada i značajke dizajna asinkronih generatora u zasebnim publikacijama.

Asinkroni generatori ne zahtijevaju složene jedinice u dizajnu za organizaciju istosmjernog uzbuđenja ili uporabu skupih materijala s velikom zalihom magnetske energije, pa ih zbog svoje jednostavnosti i nepretencioznog održavanja naširoko koriste korisnici mobilnih električnih instalacija. Koriste se za napajanje uređaja koji ne zahtijevaju strogu referencu trenutne frekvencije.
Tehnička prednost asinkronih generatora je njihova otpornost na preopterećenja i kratke spojeve.
Neke informacije o mobilnim agregatima mogu se pronaći na stranici:
Dizelski generatori.
Asinkroni generator. Specifikacije.
Asinkroni generator. Stabilizacija.

Komentari i prijedlozi su dobrodošli!

Sinkroni generatori

s pobudom s permanentnim magnetom

(razvijeno 2012)

Predloženi generator, prema principu rada, sinkroni je generator s pobudom od stalnih magneta. Magneti sastava NeFeB, koji stvaraju magnetsko polje s indukcijom od 1,35 T, koji se nalazi po obodu rotora sa izmjeničnim polovima.

U namotima generatora e je uzbuđeno. d.s., čija su amplituda i učestalost određene brzinom vrtnje rotora generatora.

Dizajn generatora ne sadrži kolektor s otvorenim kontaktima. Generator također nema namote polja koji troše dodatnu struju.

Prednosti generatora predloženog dizajna:

1. Ima sve pozitivne značajke sinkronih generatora s pobudom s permanentnim magnetom:

1) nedostatak četkica za skupljanje struje,

2) nedostatak uzbudne struje.

2. Većina sličnih trenutno proizvedenih generatora iste snage ima maseno -dimenzionalne parametre 1,5 - 3 puta više.

3. Nazivna brzina rotacije osovine generatora - 1600 oko./min... Odgovara brzini rotacije dizelskih pogona male brzine. Stoga će potrošač pri prijenosu pojedinih elektrana s benzinskih na dizelske motore pomoću našeg generatora ostvariti značajnu uštedu goriva, a kao rezultat toga će se smanjiti i cijena kilovat-sata.

4. Generator ima mali startni moment (manji od 2 N × m), odnosno za pokretanje pogonsku snagu od samo 200 W, a generator se može pokrenuti iz samog dizela pri pokretanju, čak i bez spojke. Slični motori na tržištu imaju razdoblje ubrzanja za stvaranje rezerve snage pri pokretanju generatora, od početka Plinski motor radi u režimu nedostatka energije.


5. S razinom pouzdanosti od 90%, izvor generatora je 92 tisuće sati (10,5 godina neprekidnog rada). Radni ciklus pogonskog motora između velikih remonta, koji su naveli proizvođači (kao i tržišni analozi generatora), iznosi 25-40 tisuća sati. Odnosno, naš generator u smislu pouzdanosti za vrijeme rada premašuje pouzdanost serijskih motora i generatora za 2-3 puta.

6. Lakoća izrade i montaže generatora - montažno područje može biti bravarska radionica s komadnom i sitnom proizvodnjom.

7. Jednostavna prilagodba generatora izmjeničnom izlaznom naponu:

1) 36 V., frekvencija 50 - 400 Hz

2) 115 V., frekvencija 50 - 400 Hz(aerodromske elektrane);

3) 220 V., frekvencija 50 - 400 Hz;

4) 380 V., frekvencija 50 - 400 Hz.

Osnovni dizajn generatora omogućuje podešavanje proizvedenog proizvoda na različite frekvencije i napone bez mijenjanja dizajna.

8. Visoka sigurnost od požara. Predloženi generator ne može postati izvor požara čak ni s kratkim spojem u krugu opterećenja ili u namotima, što je ugrađeno u dizajn sustava. To je vrlo važno kada se generator koristi za ugrađenu elektranu u zatvorenom prostoru plovila, zrakoplova, kao i za privatnu drvenu stambenu konstrukciju itd.

9. Niska razina buka.

10. Visoka održivost.

Parametri generatora snage 0,5 kWh

Parametri generatora snage 2,5 kWh

REZULTATI:

Predloženi generator može se proizvesti za uporabu u agregatima s učestalošću rotacije vratila 1500-1600 o / min. - u elektranama na dizel, benzin i paru za individualnu uporabu ili u lokalnim energetskim sustavima. Uparen s multiplikatorom, elektromehanički pretvarač energije također se može koristiti za proizvodnju električne energije u sustavima generatora niske brzine, poput vjetroelektrana, elektrana na valove itd. Bilo kojeg kapaciteta. Odnosno, opseg primjene elektromehaničkog pretvarača čini predloženi kompleks (multiplikator-generator) univerzalnim. Težina i veličina te drugi električni i tehnički parametri dati u tekstu daju predloženom dizajnu jasne konkurentske prednosti na tržištu u odnosu na analoge.

Principi proizvodnje koji leže u osnovi dizajna, imaju visoku proizvodnost, u osnovi ne zahtijevaju park preciznih alatnih strojeva i usmjereni su na masovnu serijsku proizvodnju. Kao rezultat toga, dizajn će imati niske troškove serijske proizvodnje.

Izum se odnosi na područje elektrotehnike i elektrotehnike, posebno na sinkrone generatore s pobudom od stalnih magneta. Tehnički rezultat je proširenje radnih parametara sinkronog generatora pružanjem mogućnosti regulacije njegove aktivne snage i izlaznog napona izmjenične struje, kao i pružanjem mogućnosti korištenja kao izvora struje zavarivanja pri nošenju elektrolučno zavarivanje na različite načine. Sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta sadrži statorsku jedinicu nosača s potpornim ležajevima (1, 2, 3, 4), na koju je postavljena skupina prstenastih magnetskih krugova (5) s izbočinama po rubovima, opremljenim električnim zavojnicama (6) s višefaznim namotima armature (7) i (8) statora, montiranim na potpornoj osovini (9) s mogućnošću rotacije u potpornim ležajevima (1, 2, 3, 4) oko jedinice ležaja statora a skupina prstenastih rotora (10) s prstenastim rotorima postavljenim na unutarnjim bočnim stijenkama magnetske obloge (11) s izmjeničnim u obodnom smjeru magnetskih polova p-parova, pokrivajući izbočine polova električnim zavojnicama (6) armature namota (7, 8) magnetskog kruga prstenastog statora. Nosač statora izrađen je od skupine identičnih modula. Moduli sklopa ležaja statora ugrađeni su s mogućnošću njihovog rotacije jedan prema drugome oko osi, s borom s potpornom osovinom (9), a opremljeni su kinematički spojenim pogonom za njihovo kutno okretanje u odnosu na svaki druge, i slične faze sidrenih namota navedenih modula međusobno su povezane, tvoreći zajedničke faze namota armature statora. 5 p.p. f-ly, 3 dwg

Crteži za RF patent 2273942

Izum se odnosi na područje elektrotehnike, posebice na sinkrone generatore s pobudom od stalnih magneta, te se može koristiti u autonomnim izvorima energije na automobilima, čamcima, kao i u autonomnim izvorima napajanja za potrošače naizmjenične struje obiju standardnih industrijskih frekvencije i povećane frekvencije te u autonomnim elektranama kao izvor struje zavarivanja za elektrolučno zavarivanje na terenu.

Poznati sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta, koji sadrži sklop ležaja statora s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s izbočinama polova duž periferije, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih sa sidrenim namotom statora, i također montiran na potpornu osovinu s mogućnošću rotacije u spomenutim rotorima potpornih ležajeva s pobudom s permanentnim magnetima (vidi, na primjer, A.I. Voldek, " Električni automobili", ur. Energiya, ogranak Lenjingrad, 1974., str. 794).

Nedostaci poznatog sinkronog generatora su značajna potrošnja metala i velike dimenzije zbog značajne potrošnje metala i dimenzija masivnog cilindričnog rotora izrađenog s permanentnim pobudnim magnetima od tvrdih magnetskih legura (kao što su Alni, Alnico, Magnico itd.).

Poznat je i sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta, koji sadrži sklop ležaja statora s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s izbočinama polova duž periferije, opremljen električnim zavojnicama s armaturnim namotom statora postavljenim na njih, prstenasti rotor montiran s mogućnošću rotacije oko prstenastog magnetskog kruga statora s prstenastom magnetskom košuljicom postavljenom na unutarnjoj bočnoj stijenci s magnetskim polovima koji se izmjenjuju u obodnom smjeru, prekrivajući izbočine polova električnim zavojnicama namota armature spomenutog prstenastog magnetskog kruga statora (vidi, na primjer, RF patent br. 2141716, klasa N 02 K 21/12 prema prijavi br. 4831043/09 od 02.03.1988).

Nedostatak poznatog sinkronog generatora s pobudom od stalnih magneta su uski radni parametri zbog nemogućnosti regulacije aktivne snage sinkronog generatora, budući da u dizajnu ovog sinkronog induktorskog generatora ne postoji mogućnost brze promjene vrijednosti ukupni magnetski tok koji stvaraju pojedinačni stalni magneti spomenute prstenaste magnetske košuljice.

Najbliži analog (prototip) je sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta, koji sadrži statorsku jedinicu nosača s potpornim ležajevima, na koju je montiran prstenasti magnetski krug s izbočinama polova po obodu, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih s višefaznim namot armature statora, montiran na osovini nosača s mogućnošću rotacije u spomenutim potpornim ležajevima oko prstenastog magnetskog kruga statora, prstenasti rotor s prstenastom magnetskom košuljicom montiran na unutarnjoj bočnoj stijenci s izmjeničnim magnetnim polovima p-parova u obodnom smjeru, prekrivajući izbočine stupova električnim zavojnicama namota armature navedenog prstenastog magnetskog kruga statora (vidi patent RF br. 2069441, klasa N 02 K 21/22, prijavom br. 4894702/07 od 01.06.1990.) .

Nedostatak poznatog sinkronog generatora s pobudom od stalnih magneta također su uski radni parametri zbog nedostatka mogućnosti upravljanja aktivnom snagom sinkronog induktorskog generatora, te nedostatka mogućnosti kontrole vrijednosti izlaznog napona izmjenične struje, što otežava njegovu uporabu kao izvor struje zavarivanja pri elektrolučnom zavarivanju (u dizajnu poznatog sinkronog generatora ne postoji mogućnost promptne promjene vrijednosti ukupnog magnetskog toka pojedinih trajnih magneta, koji među sobom tvore prstenasti magnetski umetak).

Cilj ovog izuma je proširiti radne parametre sinkronog generatora pružanjem mogućnosti reguliranja njegove aktivne snage i mogućnosti regulacije izmjeničnog napona, kao i pružanjem mogućnosti njegove uporabe kao izvora struje zavarivanja elektrolučno zavarivanje na različite načine.

Taj je cilj postignut činjenicom da je sinkroni generator s pobudom s permanentnim magnetom, koji sadrži jedinicu statorskog ležaja s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s izbočinama stupova po obodu, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih s višefaznim namot armature statora, montiran na potpornoj osovini s mogućnošću rotacije u spomenutim ležajevima oko prstenastog magnetskog kruga statora, prstenasti rotor s prstenastom magnetskom oblogom montiran na unutarnjoj bočnoj stjenci s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodu smjeru, prekrivajući izbočine stupova električnim zavojnicama namota armature navedenog prstenastog magnetskog kruga statora, u njemu je ležajna jedinica stator izrađena od skupine identičnih modula s naznačenim prstenastim magnetskim krugom i prstenastim rotorom, montiranim na jednom potporno vratilo s mogućnošću međusobnog okretanja oko osi koaksijalne s potpornom osovinom, i Abženi su s njima kinematički povezani pogonom njihova kutnog zakretanja jedan prema drugom, a istoimene faze namota armature u modulima sklopa ležaja statora međusobno su povezane, tvoreći zajedničke faze namota armature statora.

Dodatna razlika predloženog sinkronog generatora s pobudom od stalnih magneta je u tome što se istoimeni magnetski polovi prstenastih magnetskih košuljica prstenastih rotora u susjednim modulima statorske ležajne jedinice međusobno nalaze u istim radijalnim ravninama , a krajevi faza namota armature u jednom modulu jedinice ležaja statora spojeni su s počecima istih faza namota armature u drugom susjednom modulu sklopa ležaja statora, tvoreći međusobno zajedničko faze namota armature statora.

Osim toga, svaki od modula jedinice ležaja statora uključuje prstenastu čahuru s vanjskom potisnom prirubnicom i čašu sa središnjom rupom na kraju, a prstenasti rotor u svakom od modula sklopa ležaja statora uključuje prstenastu školjku s unutarnjom potisnom prirubnicom, u koju je ugrađen navedeni odgovarajući prstenasti magnetski umetak, pri čemu su spomenute prstenaste čaure modula sklopa ležaja statora spojene s njihovom unutarnjom cilindričnom bočnom stjenkom s jednim od navedenih potpornih ležaja, od kojih su drugi spojeni stijenke središnjih rupa na krajevima navedenih stakala, prstenaste ljuske prstenastog rotora kruto su spojene na potpornu osovinu pomoću pričvrsnih sklopova, a prstenasti magnetski krug u odgovarajućem modulu sklopa ležaja statora je montiran na navedenu prstenastu čahuru, koja je svojom vanjskom potisnom prirubnicom čvrsto pričvršćena na bočnu cilindričnu stijenku stakla i zajedno s posljednjom čini prstenastu šupljinu u kojoj se nalazi uka odgovarajući prstenasti magnetski krug s električnim zavojnicama odgovarajućeg namota armature statora. Dodatna razlika predloženog sinkronog generatora s pobudom od stalnih magneta je u tome što svaka pričvrsna jedinica koja povezuje prstenastu ljusku prstenastog rotora s potpornom osovinom uključuje glavčinu montiranu na potpornu osovinu s prirubnicom koja je čvrsto pričvršćena na unutarnju potisnu prirubnicu odgovarajuće prstenaste ljuske.

Dodatna razlika predloženog sinkronog generatora s pobudom od stalnih magneta je ta što se pogon za kutno zakretanje modula jedinice statorskog nosača jedan prema drugom montira pomoću potporne jedinice na module jedinice statorskog nosača.

Osim toga, pogon za kutno preokretanje modula jedinice nosača statora jedan prema drugom izrađen je u obliku vijčanog mehanizma s olovnim vijkom i maticom, te potporna jedinica za pogon za kutno preokretanje sekcija jedinice nosača statora uključuje podupirač pričvršćen na jedno od navedenih stakala i potpornu šipku na drugom staklu, dok je vodeći vijak zakretno spojen šarkama za dva stupnja na jednom kraju pomoću osi paralelne s osi navedene potporne osovine, s navedenom potpornom šipkom napravljenom s vodilicom koja se nalazi duž luka kružnice, a matica vijčanog mehanizma jednim je krajem zakretno spojena s navedenim otvorom, a na drugom kraju sa drška je prošla kroz utor za vođenje na potpornoj šipci i opremljena je elementom za zaključavanje.

Suština izuma ilustrirana je crtežima.

Slika 1 prikazuje opći prikaz predloženog sinkronog generatora s pobudom iz stalnih magneta u uzdužnom presjeku;

Slika 2 je pogled A na slici 1;

Slika 3 prikazuje shematski dijagram kruga magnetske pobude sinkronog generatora u izvedbi s trofaznim električnim krugovima namota armature statora u početnom početnom položaju (bez kutnog pomaka odgovarajućih istoimenih faza u modulima sklop ležaja statora) za broj parova stupova statora p = 8;

Na slici 4 - isto, s fazama trofaznih električnih krugova namota armature statora, raspoređenih jedan prema drugom u kutnom položaju pod kutom jednakim 360 / 2p stupnjeva;

Slika 5 prikazuje varijantu strujni krug spojevi namota armature statora sinkronog generatora sa zvjezdastom vezom faza generatora i serijskim spajanjem istoimenih faza u njima zajedničkim fazama;

Slika 6 prikazuje drugu verziju električnog dijagrama spojeva namota armature statora sinkronog generatora s delta spojem faza generatora i serijskim spajanjem istih faza u zajedničkim fazama koje oni tvore;

Na slici 7 prikazan je shematski vektorski dijagram promjene veličine faznih napona sinkronog generatora tijekom kutne rotacije odgovarajućih istoimenih faza namota armature statora (odnosno modula jedinice ležaja statora) odgovarajućim kutom i kada su te faze spojene prema shemi "zvijezda";

Na slici 8 - isto, pri povezivanju faza namota armature statora prema shemi "trokut";

Na slici 9 prikazan je dijagram s grafikonom ovisnosti izlaznog napona naponske linije sinkronog generatora o geometrijskom kutu zakretanja istih faza namota armature statora s odgovarajućim električnim kutom zakretanja vektora napona u faza za povezivanje faza prema shemi "zvijezda";

Na slici 10. prikazan je dijagram s grafikonom ovisnosti izlaznog napona napona sinkronog generatora o geometrijskom kutu zakretanja istih faza namota armature statora s odgovarajućim električnim kutom zakretanja vektora napona u fazi za povezivanje faza prema shemi "trokuta".

Sinhroni generator s pobudom od stalnih magneta sadrži statorsku ležajnu jedinicu s potpornim ležajevima 1, 2, 3, 4, na kojoj je skupina identičnih prstenastih magnetskih krugova 5 (na primjer, u obliku monolitnih diskova izrađenih od praškastog sloja mekog magnetski materijal) montiran je s izbočinama polova duž periferije, opremljen postavljenim na njih električnim zavojnicama 6 s višefaznim (na primjer, trofaznim i opći slučaj m-faza) armaturni namoti 7, 8 statora, montirani na potpornoj osovini 9 s mogućnošću rotacije u spomenutim potpornim ležajevima 1, 2, 3, 4 oko jedinice ležaja statora, grupa identičnih prstenastih rotora 10, s prstenaste magnetske košuljice postavljene na unutarnje bočne stijenke 11 (na primjer, u obliku monolitnih magnetskih prstenova od magnetoanizotropnog materijala u prahu) s izmjeničnim u obodnom smjeru magnetskim polovima p-parova (u ovoj izvedbi generatora broj parovi p magnetskih polova su 8), prekrivajući izbočine polova električnim zavojnicama 6 namota armature 7, 8 navedenih magnetskih krugova 5 statora. Sklop ležaja statora izrađen je od skupine identičnih modula, od kojih svaki uključuje prstenastu čahuru 12 s vanjskom potisnom prirubnicom 13 i staklo 14 sa središnjom rupom "a" na kraju 15 i bočnom cilindričnom stijenkom 16. Svaki prstenastih rotora 10 uključuje prstenastu ljusku 17 c unutarnje potisne prirubnice 18. Prstenaste čahure 12 modula jedinice ležaja statora spojene su svojom unutarnjom cilindričnom bočnom stjenkom s jednim od spomenutih potpornih ležajeva (s potpornim ležajevima 1, 3), drugima od kojih su (potporni ležajevi 2, 4) povezani sa stijenkama središnjih rupa "a" na krajevima 15 navedenih stakala 14. Kružni omotači 17 prstenastih rotora 10 čvrsto su povezani s potpornom osovinom 9 pomoću sredstva za pričvršćivanje, a svaki od prstenastih magnetskih krugova 5 u odgovarajućem modulu jedinice ležaja statora montiran je na navedenu prstenastu čahuru 12 koja je svojom vanjskom potisnom prirubnicom 13 čvrsto pričvršćena bočnom cilindričnom stjenkom 16 od stakla 14 i koja tvori d zajedno s posljednjom prstenastom šupljinom "b", u kojoj se nalazi navedeni odgovarajući prstenasti magnetski krug 5 s električnim zavojnicama 6 odgovarajućeg namota armature (armaturni namoti 7, 8) statora. Moduli sklopa ležaja statora (prstenaste čahure 12 s čašicama 14 koji tvore te module) ugrađeni su s mogućnošću njihovog rotacije jedan prema drugom oko osi koaksijalne s potpornom osovinom 9 i opremljeni su kinematički spojenim pogonom za njihovo međusobno kutno okretanje, montirano pomoću potpornog sklopa na module nosača statora. Svaki od učvršćivača koji povezuje prstenastu školjku 17 odgovarajućeg prstenastog rotora 10 s potpornom osovinom 9 uključuje glavčinu 19 montiranu na potpornu osovinu 9 s prirubnicom 20 koja je čvrsto pričvršćena na unutarnju potisnu prirubnicu 18 odgovarajuće prstenaste školjke 17. Pogon za kutno preokretanje modula jedinice nosača statora jedan prema drugom u prikazanoj posebnoj izvedbi izveden je u obliku vijčanog mehanizma s olovnim vijkom 21 i maticom 22, a potporna jedinica za pogon za kutni preokret dijelova jedinice nosača statora uključuje potporni jezičak 23 pričvršćen na jedno od spomenutih stakala 14, a na drugo staklo 14 potpornu šipku 24. Olovni vijak 21 okretno je spojen šarkama za dva stupnja (a šarke s dva stupnja slobode) za jedan kraj "b" pomoću osi 25 paralelne s osi O-O1 navedene potporne osovine 9, pri čemu je navedena potporna šipka 24 izvedena s lukom kružnice s vodilicom "g", a matica 22 vijčanog mehanizma na jednom je kraju zakretno spojena sa spomenutim potpornim ušicama 23, izrađena je na drugom kraju s drškom 26 koja je prošla kroz vodeći utor "g" na potpornoj šipci 24, i opremljen je elementom za zaključavanje 27 (matica za zaključavanje). Na kraju matice 22, zakretno spojene s potpornom ušicom 23, ugrađen je dodatni sigurnosni element 28 (dodatna matica za zaključavanje). Noseće vratilo 9 opremljeno je ventilatorima 29 i 30 za hlađenje namota armature 7, 8 statora, od kojih se jedno (29) nalazi na jednom od krajeva potpornog vratila 9, a drugo (30) između dijelova jedinice ležaja statora i montiran je na potpornu osovinu 9. Prstenaste čahure 12 dijelova sklopa ležaja statora izvedene su s ventilacijskim otvorima "d" na vanjskim potisnim prirubnicama 13 za prolaz strujanja zraka u odgovarajući prstenasti dio šupljine "b" oblikovane prstenastim čahurama 12 i čašama 14, a za njihovo hlađenje sidrenih namota 7 i 8 smještenih u električnim zavojnicama 6 na stubovima prstenastih magnetskih krugova 5. Na kraju potporne osovine 9, na kojem se nalazi ventilator 29, montirana je remenica 31 klinastog remena za pogon prstenastih rotora 10 sinkronog generatora u rotaciju. Ventilator 29 pričvršćen je izravno na remenicu 31 prijenosnog remena. Na drugom kraju vodećeg vijka 21 vijčanog mehanizma nalazi se ručka 32 za ručno upravljanje vijčanim mehanizmom pogona za kutno zakretanje modula jedinice nosača statora jedan prema drugom. Istoimene faze (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) namota armature u kružnim magnetskim krugovima 5 modula ležajne jedinice statora međusobno su povezani, tvoreći zajedničke faze generatora (spajanje istih faza općenito, serijski i paralelni, kao i složeni). Istoimeni magnetski polovi ("sjever" i, prema tome, "jug") prstenastih magnetskih košuljica 11 prstenastih rotora 10 u susjednim modulima sklopa ležaja statora međusobno su smješteni u istim radijalnim ravninama . U prikazanoj izvedbi, krajevi faza (A1, B1, C1) namota armature (namota 7) u prstenastom magnetskom krugu 5 jednog modula sklopa ležaja statora spojeni su s počecima faza istog naziv (A2, B2, C2) namota armature (namota 8) u susjednom drugom sklopu modula koji nosi statorski sklop, tvoreći međusobno serijski zajedničke faze namota armature statora.

Sinhroni generator s pobudom s permanentnim magnetom radi na sljedeći način.

Iz pogona (na primjer, iz motora s unutarnjim izgaranjem, uglavnom dizelskog motora, koji nije prikazan na crtežu) kroz remenicu s klinastim remenom 31, rotacijsko se gibanje prenosi na potporno vratilo 9 s prstenastim rotorima 10. Kad su prstenasti rotori 10 (prstenasti omotači 17) s prstenastim magnetskim košuljicama 11 (na primjer, monolitni magnetski prstenovi od magnetoanizotropnog materijala u prahu) stvaraju rotirajuće magnetske tokove koji prodiru u zračni prstenasti razmak između prstenastih magnetskih košuljica 11 i prstenastih magnetskih jezgri 5 (na primjer, monolitni diskovi izrađeni od praškastog kompozitnog magnetski mekog materijala) modula jedinice ležaja statora, kao i koji prodiru u izbočine radijalnih stupova (uobičajeno nisu prikazani na crtežu) prstenastih magnetskih krugova 5. Kad se prstenasti rotori 10 okreću, izmjenični prolaz "sjevernog" i "južnog" naizmjeničnog magnetskog pola prstenaste magnetske košuljice 11 preko izbočina prstenastih radijalnih polova magnetskih jezgri 5 modula jedinice statorskog nosača, uzrokujući pulsiranje rotirajućeg magnetskog toka i po veličini i po smjeru u izbočinama radijalnih stupova navedenih prstenastih magnetskih jezgara 5. U tom slučaju, induciraju se promjenjive elektromotorne sile (EMF) u namota armature 7 i 8 statora s međusobnim faznim pomakom u svakom od namota armature 7 i 8 m-faze pod kutom jednakim 360 / m električnih stupnjeva, a za prikazane trofazne armaturne namote 7 i 8 u njihovom faze (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) sinusna promjenjiva elektromotorna sila (EMF) s faznim pomakom jedna od druge pod kutom od 120 stupnjeva i s frekvencijom jednakom umnošku broja parova (p) magnetskih polova u prstenastom magnetskom umetku 11 frekvencijom rotacije prstenastih rotora 10 (za broj parova magnetskih polova p = 8, promjenjivi EMF inducira se uglavnom povećanom frekvencijom, na primjer, s frekvencijom od 400 Hz) . Naizmjenična struja (na primjer, trofazna ili, općenito, m-faza) koja protiče kroz zajednički namot armature statora formirana gore spojenim spojevima istih faza (A1, B1, C1 i A2, B2, C2 ) namota armature 7 i 8 u susjednim magnetskim krugovima 5 u prstenu, dovodi se na izlazne konektore električne energije (nisu prikazani na crtežu) za spajanje prijemnika izmjenične struje (na primjer, za spajanje elektromotora, električnih alata, električnih pumpi, grijaći uređaji, kao i za spajanje opreme za zavarivanje itd.) ). U prikazanoj izvedbi sinkronog generatora, napon izlazne faze (Uph) u zajedničkom namotu armature statora (formiran odgovarajućim gore spojenim spojem istih faza namota armature 7 i 8 u magnetskim krugovima 5 u prstenu) u početni početni položaj modula jedinice nosača statora (bez međusobnih kutnih pomaka) u odnosu jedan na drugi ovih modula jedinice ležaja statora i, prema tome, bez kutnih pomaka jedan prema drugom prstenastih magnetskih krugova 5 s polom izbočine po obodu) jednak je zbroju po modulu pojedinačnih faznih napona (Uph1 i Uph2) u namotima armature 7 i 8 prstenastih magnetskih krugova modula nosećeg sklopa statora (u općenitom slučaju ukupna snaga fazni napon generatora Uf jednak je geometrijskom zbroju vektora napona u pojedinim istoimenim fazama A1, B1, C1 i A2, B2, C2 namota armature 7 i 8, vidi slike 7 i 8 sa dijagrami napona). Ako je potrebno promijeniti (smanjiti) vrijednost izlaznog napona faze Uf (i, prema tome, napon izlaznog voda U l) prikazanog sinkronog generatora za napajanje određenih prijemnika električne energije sa smanjenim naponom (na primjer, za električni luk zavarivanje izmjeničnom strujom u određenim načinima), kutno preokretanje pojedinih modula nosive jedinice izvodi se stator jedan u odnosu na drugi pod određenim kutom (postavljen ili umjeren). U tom se slučaju otključava zaključani element 27 matice 22 vijčanog mehanizma za kutni preokret modula nosača statora i pomoću ručke 32 vodeći vijak 21 vijčanog mehanizma pokreće u rotaciju, kao zbog čega je matica 22 kutno pomaknuta duž luka kružnice u utoru "g" potporne šipke 24 i preokret pod zadanim kutom jednog od modula jedinice ležaja statora u odnosu na drugi modul ove jedinice ležaja statora oko osi O-O1 noseće osovine 9 (u prikazanoj izvedbi sinkronog induktorskog generatora, rotira se modul jedinice ležaja statora, na koji je montirana potporna ušica 23, dok je drugi modul jedinica ležaja statora s potpornom šipkom 24 s utorom "g" nalazi se u stacionarnom položaju, odnosno pričvršćena je na neku podlogu, što nije uobičajeno prikazano na prikazanom crtežu). S kutnim zakretanjem modula jedinice ležaja statora (prstenaste čahure 12 sa staklima 14) međusobno oko osi O-O1 potporne osovine 9, rotacija kružnih magnetskih krugova 5 s izbočinama polova duž periferije međusobno relativno pod zadanim kutom također se provodi, uslijed čega se rotacija također vrši pod zadanim kutom u odnosu jedna na drugu oko osi O-O1 potporne osovine 9 samih izbočina stupa (ne prikazan na crtežu) s električnim zavojnicama 6 višefaznih (u ovom slučaju trofaznih) namota armature statora 7 i 8 u kružnim magnetskim krugovima. Kad se izbočine polova kružnih magnetskih krugova 5 zakreću jedna prema drugoj pod zadnjim kutom unutar 360 / 2p stupnjeva, dolazi do proporcionalne rotacije vektora faznog napona u namotu armature pomičnog modula jedinice ležaja statora (u u ovom slučaju dolazi do rotacije vektora faznog napona Uph2 u namotu armature 7 modula nosive jedinice. stator, s mogućnošću kutne rotacije) pod točno definiranim kutom unutar 0-180 električnih stupnjeva (vidi slike 7 i 8), što dovodi do promjene rezultirajućeg izlaznog faznog napona Uph sinkronog generatora ovisno o električnom kutu zakretanja vektora faznog napona Uph2 u fazama A2, B2, C2 jednog namota armature 7 statora u odnosu na fazni napon vektore Uf1 u fazama A1, B1, C1 drugog namota armature 8 statora (ta ovisnost ima proračunati karakter, izračunat rješenjem kosih trokuta i određen je sljedećim izrazom:

Raspon regulacije izlaznog rezultirajućeg faznog napona Uph prikazanog sinkronog generatora za slučaj kada je Uph1 = Uph2 varirati od 2Uph1 do 0, te za slučaj kada Uph2

Izvedba jedinice nosača statora iz skupine identičnih modula s naznačenim prstenastim magnetskim krugom 5 i prstenastim rotorom 10, montiranih na jednoj potpornoj osovini 9, kao i ugradnja modula jedinice nosača statora s mogućnošću okretanja u odnosu na međusobno oko osi koaksijalne s potpornom osovinom 9, opskrba modula jedinice ležaja statora kinematički spojenim pogonom njihova kutnog okretanja jedan prema drugom i spajanje istih faza namota armature 7 i 8 u modulima jedinice ležaja statora s stvaranjem zajedničkih faza aktivne snage statora, kao i osiguravanje mogućnosti regulacije izlaznog napona izmjenične struje, kao i osiguravanje mogućnosti korištenja kao izvora struje zavarivanja pri izvođenju elektrolučno zavarivanje u različitim načinima (pružajući mogućnost podešavanja vrijednosti napon faznog pomaka u istim fazama A1, B1, C1 i A2, B2, C2, a općenito u fazama Ai, Bi, Ci namota armature statora u predloženom sinkronom generatoru). Predloženi sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta može se koristiti s odgovarajućim uključivanjem namota armature statora za opskrbu električnom energijom raznim prijemnicima izmjenične višefazne električne struje s različitim parametrima napona napajanja. Osim toga, dodatni raspored istoimenih magnetskih polova ("sjever" i, shodno tome, "jug") prstenastih magnetskih košuljica 11 u susjednim prstenastim rotorima 10 međusobno su podudarni u istim radijalnim ravninama. kao spajanje krajeva faza A1, B1, C1 namota armature 7 u prstenastom magnetskom krugu 5 jednog modula jedinice ležaja statora s početkom istih faza A2, B2, C2 namota armature 8 u susjednom modulu ležajne jedinice statora (serijsko spajanje istih faza namota armature statora među sobom) omogućuju glatku i učinkovitu regulaciju izlaznog napona sinkronog generatora od maksimalne vrijednosti (2U f1 , a u općem slučaju za broj n sekcija jedinice ležaja statora nU f1) do 0, koje se također mogu koristiti za opskrbu električnom energijom posebnih električnih strojeva i instalacija.

ZAHTJEV

1. Sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta, koji sadrži sklop ležaja statora s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s izbočinama polova po obodu, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih s višefaznim armaturnim namotom statora , postavljen na potpornu osovinu s mogućnošću rotacije u spomenutim potpornim ležajevima oko magnetskog kruga prstenastog statora, prstenasti rotor s prstenastim magnetskim umetkom montiran na unutarnjoj bočnoj stijenci s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodnom smjeru, pokrivajući izbočine stupova s ​​električnim zavojnicama namota armature spomenutog prstenastog magnetskog kruga statora, naznačene time, da je sklop ležaja statora izrađen od skupine identičnih modula s naznačenim prstenastim magnetskim krugom i prstenastim rotorom postavljenim na jednoj potpornoj osovini, dok moduli sklopa ležaja statora ugrađuju se s mogućnošću njihovog rotacije jedan prema drugom oko osi i, koaksijalni s nosivom osovinom, opremljeni kinematički povezanim pogonom radi međusobnog kutnog zakretanja, a slične faze namota armature u modulima sklopa ležaja statora međusobno su povezane, tvoreći zajedničke faze armature statora navijanje.

2. Sinhroni generator s pobudom od stalnih magneta prema zahtjevu 1, naznačen time, da se istoimeni magnetski polovi prstenastih magnetskih košuljica prstenastih rotora u susjednim modulima sklopa ležaja statora nalaze međusobno u istoj ravni. iste radijalne ravnine, a krajevi faza namota armature u jednom modulu ležajnih statorskih jedinica spojeni su na početak istih faza namota armature u drugom, susjednom modulu jedinice ležaja statora, tvoreći u vezi s jedna drugoj zajedničke faze namota armature statora.

3. Sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta prema zahtjevu 1, naznačen time, da svaki od modula jedinice statorskog nosača uključuje prstenastu čahuru s vanjskom potisnom prirubnicom i staklo sa središnjom rupom na kraju, te prstenastu rotor u svakom od modula jedinice nosača statora uključuje prstenastu ljusku s unutarnjom potisnom prirubnicom, u koju je ugrađen navedeni odgovarajući prstenasti magnetski umetak, dok su navedene prstenaste čahure modula jedinice statorskog nosača uparene s njihovom unutarnjom cilindrična bočna stijenka s jednim od navedenih potpornih ležajeva, od kojih su drugi konjugirani sa stijenkama središnjih rupa na krajevima navedenih odgovarajućih stakala, prstenaste ljuske prstenastog rotora kruto su spojene s potpornom osovinom pomoću pričvršćivača , a prstenasti magnetski krug u odgovarajućem modulu jedinice ležaja statora postavljen je na navedenu prstenastu čahuru koja je svojom vanjskom potisnom prirubnicom čvrsto pričvršćena na bočnu cilindričnu stijenku snopa. ana i zajedno s potonjima tvore prstenastu šupljinu u kojoj se nalazi navedeni odgovarajući prstenasti magnetski krug s električnim zavojnicama odgovarajućeg namota armature statora.

4. Sinkroni generator s pobudom s permanentnim magnetom prema bilo kojem od zahtjeva 1 do 3, naznačen time, da svaki pričvrsni sklop koji povezuje prstenastu ljusku prstenastog rotora s potpornom osovinom uključuje glavčinu montiranu na potpornu osovinu s prirubnicom kruto pričvršćen na unutarnju potisnu prirubnicu odgovarajućeg prstenastog omotača.

5. Sinhroni generator s pobudom s permanentnim magnetom prema zahtjevu 4, naznačen time, da je pogon za kutno okretanje modula jedinice statorskog nosača jedan prema drugom montiran pomoću potporne jedinice na module jedinice nosača statora .

6. Sinkroni generator s pobudom od stalnih magneta prema zahtjevu 5, naznačen time, da je pogon za kutno okretanje modula jedinice statorskog nosača jedan prema drugom izveden u obliku vijčanog mehanizma s olovnim vijkom i matica, a potporna jedinica pogona za kutno zakretanje modula jedinice nosača statora uključuje pričvršćene na jednom od navedenih stakala potpornu ušicu, a na drugom staklu potpornu šipku, dok je vodeći vijak zakretno spojen šarke od dva stupnja na jednom kraju pomoću osi paralelne s osi spomenute potporne osovine, s navedenom potpornom šipkom napravljenom s vodilicom koja je smještena uz luk oboda, a matica vijčanog mehanizma zakretno je spojena na jednom kraju sa spomenutim ušicama, izrađen je na drugom kraju s drškom koja je prošla kroz utor za vođenje u potpornoj šipci i opremljena je elementom za zaključavanje.

Ovaj izum se odnosi na područje elektrotehnike, naime na električne strojeve bez četkica, posebno na generatore istosmjerne energije, i može se koristiti u bilo kojem području znanosti i tehnologije gdje su potrebna autonomna napajanja. Tehnički rezultat je stvaranje kompaktnog, visoko učinkovitog električnog generatora koji omogućuje, uz održavanje relativno jednostavnog i pouzdanog dizajna, široko mijenjanje izlaznih parametara električne struje ovisno o radnim uvjetima. Bit izuma leži u činjenici da se sinkroni generator bez četkica sa stalnim magnetima sastoji od jedne ili više sekcija, od kojih svaka uključuje rotor s kružnim magnetskim krugom, na koji je paran broj stalnih magneta pričvršćen s istim korakom , stator koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove, raspoređenih u parovima jedan nasuprot drugome i s dvije zavojnice sa uzastopno suprotnim smjerom namota, uređaj za ispravljanje električne struje. Trajni magneti pričvršćeni su na magnetski krug na takav način da tvore dva paralelna niza polova s ​​uzdužno i poprečno izmjenjivim polaritetom. Elektromagneti su orijentirani preko imenovanih redova polova tako da je svaki od zavojnica elektromagneta postavljen iznad jednog od paralelnih redova polova rotora. Broj polova u jednom redu, jednak n, zadovoljava odnos: n = 10 + 4k, gdje je k cijeli broj koji uzima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd. Broj elektromagneta u generatoru obično ne prelazi broj (n-2). 12 p.p. f-ly, 9 ill.

Crteži RF patenta 2303849

Ovaj se izum odnosi na električne strojeve bez četkica, posebno na generatore istosmjerne energije, i može se koristiti u bilo kojem području znanosti i tehnologije gdje su potrebna autonomna napajanja.

Sinhroni strojevi naizmjenične struje najčešće se koriste u proizvodnji i potrošnji električne energije. Svi sinkroni strojevi imaju svojstvo reverzibilnosti, odnosno svaki od njih može raditi i u generatorskom i u motornom načinu rada.

Sinhroni generator sadrži stator, obično šuplji laminirani cilindar s uzdužnim žljebovima na unutarnjoj površini, u kojem se nalazi namot statora, i rotor, koji je stalni magnet izmjeničnog polariteta koji se nalazi na osovini, a koji se može pokretati u jednom ovako ili onako. U industrijskim generatorima velike snage pobudni namot koji se nalazi na rotoru koristi se za dobivanje uzbudljivog magnetskog polja. U sinkronim generatorima relativno male snage koriste se stalni magneti koji se nalaze na rotoru.

Pri konstantnoj brzini vrtnje oblik krivulje EMF -a koju generira generator određen je samo zakonom raspodjele magnetske indukcije u jaz između rotora i statora. Stoga se za dobivanje napona na izlazu generatora određenog oblika i učinkovito pretvaranje mehaničke energije u električnu energiju koriste različite geometrije rotora i statora te optimalan broj stalnih magnetskih polova i broj zavoja odabrani su namoti statora (US 5117142, US 5537025, DE 19802784, EP 0926806, WO 02/003527, US 2002153793, US 2004021390, US 2004212273, US 2004155537). Navedeni parametri nisu univerzalni, ali se biraju ovisno o radnim uvjetima, što često dovodi do pogoršanja drugih karakteristika električnog generatora. Osim toga, složeni oblik rotora ili statora komplicira proizvodnju i montažu generatora te posljedično povećava cijenu proizvoda. Rotor sinkronog magnetoelektričnog generatora može imati različite oblike, na primjer, pri maloj snazi, rotor je obično izrađen u obliku "zvjezdice", pri srednjoj snazi ​​- s stupovima poput kandži i cilindričnim stalnim magnetima. Rotor s kandžastim polom omogućuje dobivanje generatora s disperzijom polova, ograničavajući prenaponsku struju u slučaju iznenadnog kratkog spoja generatora.

U generatoru s trajnim magnetima teško je stabilizirati napon pri promjeni opterećenja (budući da nema magnetske povratne sprege, kao, na primjer, u generatorima s namotom polja). Za stabilizaciju izlaznog napona i ispravljanje struje koriste se različiti električni krugovi (GB 1146033).

Ovaj izum usmjeren je na stvaranje kompaktnog, visoko učinkovitog električnog generatora, koji omogućuje, uz održavanje relativno jednostavnog i pouzdanog dizajna, široko mijenjanje izlaznih parametara električne struje ovisno o radnim uvjetima.

Generator prema ovom izumu je sinkroni generator sa stalnim magnetom bez četkica. Sastoji se od jednog ili više odjeljaka, od kojih svaki uključuje:

Rotor s kružnim magnetskim krugom, na koji je paran broj stalnih magneta pričvršćen s istim korakom,

Stator koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove (u obliku slova U) koji se nalaze u parovima jedan nasuprot drugome i imaju po dva svitka svaki sa dosljedno suprotnim smjerom namota,

Uređaj za ispravljanje električne struje.

Trajni magneti pričvršćeni su na magnetski krug na takav način da tvore dva paralelna niza polova s ​​uzdužno i poprečno izmjenjivim polaritetom. Elektromagneti su orijentirani preko imenovanih redova polova tako da je svaki od zavojnica elektromagneta postavljen iznad jednog od paralelnih redova polova rotora. Broj polova u jednom redu, jednak n, zadovoljava odnos: n = 10 + 4k, gdje je k cijeli broj koji uzima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd. Broj elektromagneta u generatoru obično ne prelazi n-2.

Trenutni ispravljač obično je jedan od standardnih diodnih ispravljačkih krugova: punovalni sa srednjom točkom ili mostom, spojen na namote svakog elektromagneta. Ako je potrebno, može se koristiti i drugi strujni krug ispravljanja.

Ovisno o značajkama rada generatora, rotor se može nalaziti i s vanjske strane statora i unutar statora.

Električni generator izrađen u skladu s ovim izumom može sadržavati nekoliko identičnih odjeljaka. Broj takvih sekcija ovisi o snazi ​​mehaničkog izvora energije (pogonskog motora) i potrebnim parametrima generatora. Poželjno je da presjeci budu izvan faze jedan u odnosu na drugo. To se može postići, na primjer, početnim pomicanjem rotora u susjednim dijelovima za kut u rasponu od 0 ° do 360 ° / n; ili kutni pomak elektromagneta statora u susjednim presjecima jedan prema drugom. Po mogućnosti, generator također uključuje jedinicu regulatora napona.

Suština izuma ilustrirana je sljedećim crtežima:

Slike 1 (a) i (b) prikazuju dijagram električnog generatora izrađenog u skladu s ovim izumom, na kojem se rotor nalazi unutar statora;

Slika 2 prikazuje sliku jednog dijela električnog generatora;

Slika 3 je shematski dijagram električnog generatora s punovalnim srednjim krugom ispravljanja;

Slika 4 prikazuje shematski električni dijagram električnog generatora s jednim od ispravljačkih krugova mosta;

Slika 5 je shematski dijagram električnog generatora s drugim krugom za ispravljanje mosta;

Slika 6 je shematski dijagram električnog generatora s drugim krugom za ispravljanje mosta;

Slika 7 je shematski dijagram električnog generatora s drugim krugom za ispravljanje mosta;

Slika 8 prikazuje dijagram električnog generatora s vanjskim rotorom;

Slika 9 je ilustracija generatora s više presjeka izrađenog u skladu s ovim izumom.

Slike 1 (a) i (b) prikazuju električni generator izrađen u skladu s ovim izumom, koji sadrži kućište 1; rotor 2 s kružnim magnetskim krugom 3, na koji je paran broj stalnih magneta 4 pričvršćen s istim korakom; stator 5 koji nosi paran broj elektromagneta 6 u obliku potkove 6 postavljenih u parovima jedan nasuprot drugome i sredstva za ispravljanje struje (nije prikazano).

Tijelo 1 generatora obično je lijevano od legure aluminija ili lijevanog željeza ili zavareno. Ugradnja generatora na mjesto njegove ugradnje vrši se pomoću nogu 7 ili pomoću prirubnice. Stator 5 ima unutarnju cilindričnu površinu na koju su s istim korakom pričvršćeni identični elektromagneti 6. U ovom slučaju deset. Svaki od ovih elektromagneta ima dvije zavojnice 8 sa uzastopno suprotnim smjerom namota, smještene na jezgri U u obliku slova 9. Paket jezgre 9 sastavljen je od usitnjenih ploča od električnog čelika na ljepilu ili zakovanih. Zaključci namota elektromagneta povezani su putem jednog od ispravljačkih krugova (nije prikazano) na izlaz električnog generatora.

Rotor 3 je odvojen od statora zračnim prorezom i nosi paran broj stalnih magneta 4, smještenih na takav način da nastaju dva paralelna niza polova, jednako udaljeni od osi generatora i izmjenjujući se polaritet u uzdužnom i poprečnom smjerove (slika 2). Broj polova u jednom redu zadovoljava odnos: n = 10 + 4k, gdje je k cijeli broj koji uzima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd. U ovom slučaju (slika 1) n = 14 (k = 1) i, prema tome, ukupan broj stalnih magnetskih polova je 28. Kad se generator okreće, svaki od zavojnica elektromagneta prelazi odgovarajući red izmjeničnih polova. Trajni magneti i jezgre elektromagneta oblikovani su tako da minimiziraju gubitke i postignu (koliko je god moguće) ujednačenost magnetskog polja u zračnom prorezu dok generator radi.

Princip rada električnog generatora izrađenog u skladu s ovim izumom sličan je principu rada konvencionalnog sinkronog generatora. Osovina rotora mehanički je spojena na pogonski motor (izvor mehaničke energije). Pod djelovanjem okretnog momenta pogonskog motora rotor generatora rotira na određenoj frekvenciji. U tom slučaju u namotu zavojnica elektromagneta inducira se EMF u skladu s fenomenom elektromagnetske indukcije. Budući da zavojnice zasebnog elektromagneta imaju različit smjer namota i da su u bilo kojem trenutku u rasponu različitih magnetskih polova, dodaje se inducirani EMF u svakom od namota.

U procesu rotacije rotora, magnetsko polje stalnog magneta rotira određenom frekvencijom, pa se svaki od namota elektromagneta naizmjence pokazuje u zoni sjevernog (N) magnetskog pola, zatim u zona južnog (S) magnetskog pola. U tom slučaju promjenu polova prati promjena smjera EMF -a u namotima elektromagneta.

Namoti svakog elektromagneta spojeni su na strujni ispravljač, koji je obično jedan od standardnih diodnih ispravljačkih krugova: punovalna srednja točka ili jedan od krugova mosta.

Na slici 3 prikazan je shematski dijagram punovalnog ispravljača sa središnjom točkom za električni generator s tri para elektromagneta 10. Na slici 3 elektromagneti su označeni brojevima od I do VI. Jedan od stezaljki namota svakog elektromagneta i suprotni terminal namota suprotnog elektromagneta spojeni su na jedan izlaz 12 generatora; drugi zaključci namota imenovanih elektromagneta povezani su preko dioda 11 na drugi izlaz 13 generatora (kada su diode uključene, izlaz 12 će biti negativan, a izlaz 13 će biti pozitivan). Odnosno, ako je za elektromagnet I početak namota (B) spojen na negativnu sabirnicu, tada je za suprotni elektromagnet IV kraj namota (E) spojen na negativnu sabirnicu. Slično i za ostale elektromagnete.

Slike 4-7 prikazuju različite ispravljačke mostove. Spajanje mostova koji ispravljaju struju iz svakog elektromagneta mogu biti paralelni, serijski ili mješoviti. Općenito, različiti krugovi se koriste za preraspodjelu izlazne struje i potencijalnih karakteristika generatora. Jedan te isti električni generator, ovisno o načinima rada, može imati jedan ili drugi krug ispravljanja. Po mogućnosti, generator ima dodatni prekidač koji omogućuje odabir željenog načina rada (spoj mosta).

Slika 4 prikazuje shematski električni dijagram električnog generatora s jednim od ispravljačkih krugova mosta. Svaki od elektromagneta I-VI spojen je na zasebni most 15, koji su pak povezani paralelno. Uobičajeni sabirnici spojeni su na negativni izlaz 12 generatora ili na pozitivni 13.

Na slici 5 prikazan je električni dijagram s serijskim spajanjem svih mostova.

6 je shema mješovitih spojeva. Mostovi ispravljajući struju iz elektromagneta: I i II; III i IV; V i VI povezani su u parove u nizu. Parovi su pak paralelno povezani zajedničkim sabirnicama.

Slika 7 je shematski dijagram električnog generatora u kojem zasebni most ispravlja struju iz para dijametralno suprotnih elektromagneta. Za svaki par dijametralno suprotnih elektromagneta istoimeni vodi (u ovom slučaju "B") električno su međusobno povezani, a preostali vodiči spojeni su na ispravljački most 15. Ukupan broj mostova jednak je m / 2. Mostovi se mogu međusobno povezivati ​​paralelno i / ili u nizu. 7 prikazuje paralelno spajanje mostova.

Ovisno o značajkama rada generatora, rotor se može nalaziti i s vanjske strane statora i unutar statora. Na slici 8 prikazan je dijagram električnog generatora s vanjskim rotorom (10 elektromagneta; 36 = 18 + 18 stalnih magneta (k = 2)). Dizajn i princip rada takvog električnog generatora slični su gore opisanim.

Električni generator izrađen u skladu s ovim izumom može sadržavati nekoliko odjeljaka A, B i C (slika 9). Broj takvih sekcija ovisi o snazi ​​mehaničkog izvora energije (pogonskog motora) i potrebnim parametrima generatora. Svaki od odjeljaka odgovara jednom od gore opisanih dizajna. Električni generator može uključivati ​​identične sekcije i sekcije koje se međusobno razlikuju po broju stalnih magneta i / ili elektromagneta ili u ispravljačkom krugu.

Po mogućnosti, identični dijelovi su izvan faze jedan u odnosu na drugi. To se može postići, na primjer, početnim pomakom rotora u susjednim presjecima i kutnim pomakom elektromagneta statora u susjednim presjecima jedan prema drugom.

Primjeri implementacije:

Primjer 1. U skladu s ovim izumom izrađen je električni generator za napajanje električnih uređaja s naponima do 36 V. -V. Stator nosi 8 parova elektromagneta, od kojih svaki ima dvije zavojnice koje sadrže 100 zavoja PETV žice promjera 0,9 mm. Dijagram povezivanja - most, s povezivanjem istih priključaka dijametralno suprotnih elektromagneta (slika 7).

vanjski promjer - 167 mm;

izlazni napon - 36 V;

maksimalna struja - 43 A;

snaga - 1,5 kW.

Primjer 2. U skladu s ovim izumom, napravljen je električni generator za punjenje napajanja (par baterija od 24 V) za gradska električna vozila. Električni generator izrađen je s rotirajućim unutarnjim rotorom, na kojem se nalazi 28 stalnih magneta (14 u svakom redu, k = 1) izrađenih od legure Fe-Nd-B. Stator nosi 6 parova elektromagneta, od kojih svaki ima dvije zavojnice sa 150 zavoja, namotanih PETV žicom promjera 1,0 mm. Preklopni krug je punovalni sa središnjom točkom (slika 3).

Generator ima sljedeće parametre:

vanjski promjer - 177 mm;

izlazni napon - 31 V (za punjenje baterije od 24 V);

maksimalna struja - 35A,

maksimalna snaga - 1,1 kW.

Osim toga, generator sadrži automatski regulator napona od 29,2 V.

ZAHTJEV

1. Električni generator koji sadrži najmanje jedan kružni presjek, uključujući rotor s kružnim magnetskim krugom, na koji je paran broj stalnih magneta učvršćen s istim korakom, tvoreći dva paralelna niza polova s ​​uzdužno i poprečno izmjenjivim polaritetom, a stator koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove smještenih u parovima jedan nasuprot drugome, uređaj za ispravljanje električne struje, pri čemu svaki od elektromagneta ima dvije zavojnice sa serijski suprotnim smjerom namota, dok se svaka od zavojnica elektromagneta nalazi iznad jednog od paralelnih redova polova rotora i broj polova u jednom redu jednak n zadovoljava omjer

n = 10 + 4k, gdje je k cijeli broj koji uzima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd.

2. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da broj elektromagneta statora m zadovoljava omjer m n-2.

3. Električni generator u skladu s patentnim zahtjevom 1, naznačen time što uređaj za ispravljanje električne struje sadrži diode spojene na barem jedan od stezaljki namota elektromagneta.

4. Električni generator u skladu s patentnim zahtjevom 3, naznačen time što su diode spojene u krug punog vala srednje točke.

5. Električni generator u skladu s patentnim zahtjevom 3, naznačen time, da su diode spojene u mostni krug.

6. Električni generator prema zahtjevu 5, naznačen time što je broj mostova jednak m, a spojeni su serijski, paralelno ili serijski paralelno.

7. Električni generator prema zahtjevu 5, naznačen time što je broj mostova jednak m / 2, a jedan od istoimenih izlaza svakog para dijametralno suprotnih elektromagneta međusobno je spojen, dok su drugi spojeni na jedan most.

8. Električni generator prema bilo kojem od zahtjeva 1 do 7, naznačen time, da se rotor nalazi s vanjske strane statora.

9. Električni generator prema bilo kojem od zahtjeva 1 do 7, naznačen time, da se rotor nalazi unutar statora.

10. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time što sadrži najmanje dvije identične sekcije.

11. Električni generator u skladu s patentnim zahtjevom 10, naznačen time što su najmanje dvije sekcije izvan faze jedna prema drugoj.

12. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time što sadrži najmanje dvije sekcije koje se razlikuju po broju elektromagneta.

13. Generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da nadalje sadrži jedinicu regulatora napona.

U sinkronim strojevima ovog tipa, permanentno usmjereno polje uzbude stvara se pomoću stalnih magneta. Sinkroni strojevi sa stalnim magnetima ne trebaju pobuđivač, a zbog odsutnosti pobudnih gubitaka i kliznog kontakta imaju visoku učinkovitost, njihova je pouzdanost znatno veća od one kod konvencionalnih sinkronih strojeva, kod kojih se rotirajući uzbudni namot i uređaj s četkom često su oštećeni; osim toga, ne zahtijevaju gotovo nikakvo održavanje tijekom cijelog vijeka trajanja.
Trajni magneti mogu zamijeniti namote polja u konvencionalnim višefaznim sinkronim strojevima i u svim gore opisanim posebnim izvedbama (jednofazni sinkroni strojevi, sinkroni strojevi s kljunovim polovima i indukcijski strojevi).
Sinkroni strojevi sa stalnim magnetima razlikuju se od svojih analoga elektromagnetskom pobudom po konstrukciji induktivnih magnetskih sustava. Analog rotora konvencionalnog sinkronog stroja s implicitnim polom je cilindrični magnet u obliku prstena magnetiziran u radijalnom smjeru (slika 6).

Indukcijski magnetski sustavi s cilindričnim magnetima i magnetima u obliku zvijezde;
a - magnet u obliku zvijezde bez cipela s motkom; b - četveropolni cilindrični magnet


Riža. 2. Rotor s kandžastim polovima, pobuđen stalnim magnetom:
1 - prsten stalni magnet; 2 - disk sa sustavom južnih polova; 3 - disk sa sustavom Sjevernog pola

Istaknuti polni rotor konvencionalnog stroja s elektromagnetskom uzbudom analogan je rotoru s magnetom u obliku zvijezde prema Sl. 1, a, u kojem je magnet 1 pričvršćen na osovinu 3 lijevanjem od aluminijske legure 2.

U rotoru s stupovima u obliku kandže (slika 2), magnet s prstenom, magnetiziran u aksijalnom smjeru, zamjenjuje namot prstenastog polja. U stroju s različitim polima induktora prema sl. elektromagnetsko uzbuđenje može se zamijeniti magnetskim uzbuđenjem, kao što je prikazano na si. 3 (umjesto tri mala zuba u svakoj od zona I-IV, u svakoj od zona nalazi se po jedan zub). Odgovarajući analog s magnetskom uzbudom dostupan je i za istoimeni stroj. Trajni magnet tada može biti u obliku aksijalno magnetiziranog prstena, koji je umetnut između okvira i krajnjeg štita.

Riža. 3. Generator suprotnog pola induktora s magnetoelektričnom pobudom:
OÂ - namot armature; PM - stalni magnet
Za opis elektromagnetskih procesa u sinkronim strojevima sa stalnim magnetima sasvim je prikladna teorija sinkronih strojeva s elektromagnetskom pobudom čiji su temelji postavljeni u prethodnim poglavljima ovog odjeljka. Međutim, kako bi se ova teorija koristila i primijenila za izračun karakteristika sinkronog stroja sa stalnim magnetima u generatorskom ili motornom načinu rada, potrebno je najprije odrediti EMF E u praznom hodu E ili koeficijent pobude r = Ef / U, iz krivulje razmagnetiziranja stalnog magneta i izračunati induktivni otpor Xad i X, uzimajući u obzir utjecaj magnetskog otpora magneta, koji može biti toliko značajan da Xa (1< Xaq.
Strojevi s permanentnim magnetima izumljeni su od prvih dana elektromehanike. Međutim, posljednjih su se desetljeća naširoko koristili u vezi s razvojem novih materijala za trajne magnete s visokom specifičnom magnetskom energijom (na primjer, poput magnica ili legura na bazi samarija i kobalta). Sinkroni strojevi s takvim magnetima mogu se natjecati sa sinkronim strojevima s elektromagnetskom uzbudom u smislu njihove težine i dimenzija te radnih karakteristika u određenom rasponu snaga i brzina.

Snaga sinkronih generatora velikih brzina sa stalnim magnetima za napajanje ugrađene mreže zrakoplova doseže desetke kilovata. Generatori i motori s permanentnim magnetima male snage koriste se u zrakoplovima, automobilima, traktorima, gdje je njihova velika pouzdanost od iznimne važnosti. Široko se koriste kao motori male snage u mnogim drugim poljima tehnologije. U usporedbi s mlaznim motorima, oni imaju veću stabilnost u brzini, bolje energetske performanse, inferiorni u odnosu na cijenu i početna svojstva.
Prema načinima pokretanja, sinkroni motori male snage sa stalnim magnetima dijele se na motore sa samopokretanjem i motore s asinkronim pokretanjem.
Motori s permanentnim magnetom male snage koji se sami pokreću koriste se za pogon mehanizama sata i raznih releja, različitih softverskih uređaja itd. Nazivna snaga ovih motora ne prelazi nekoliko vata (obično djelići vata). Radi lakšeg pokretanja, motori su višepolni (p> 8) i napajaju se iz jednofazne industrijske frekvencijske mreže.
Kod nas se takvi motori proizvode u seriji DSM, u kojoj se za stvaranje višepolnog polja koristi kljunasti oblik magnetskog kruga statora i jednofazni namot armature.
Pokretanje ovih motora provodi se zbog sinkronog zakretnog momenta iz interakcije pulsirajućeg polja s permanentnim magnetima rotora. Kako bi se početak uspješno dogodio i u pravom smjeru, koriste se posebni mehanički uređaji koji omogućuju rotoru da se okreće samo u jednom smjeru i odvaja ga od vratila tijekom sinkronizacije.
Sinkroni motori male snage sa stalnim magnetima s asinkronim pokretanjem proizvode se s radijalnim rasporedom stalnog magneta i startnim kratko spojenim namotom te s aksijalnim rasporedom stalnog magneta i startnim kratko spojenim namotom. Što se tiče strukture statora, ti se motori ne razlikuju od strojeva s elektromagnetskom pobudom. Namot statora u oba je slučaja dvofazni ili trofazni. Razlikuju se samo u dizajnu rotora.
U motoru s radijalnim rasporedom magneta i kratkim spojem namota, ovaj se postavlja u utore lameliranih stupova stalnih magneta. Da bi se dobili prihvatljivi fluksi curenja, između vrhova susjednih stupova postoje nemagnetski zazori. Ponekad se, radi povećanja mehaničke čvrstoće rotora, ušice kombiniraju s zasićenim mostovima u cijelu jezgru prstena.
U motoru s aksijalnim rasporedom magneta i kratkim spojem namota dio aktivne duljine zauzima stalni magnet, a na drugom dijelu uz magnet miješa se laminirani magnetski krug s kratkim spojem, a i stalni magnet i laminirani magnetski krug pričvršćeni su na zajedničko vratilo. Budući da motori s permanentnim magnetima ostaju pod naponom tijekom pokretanja, oni se pokreću manje povoljno od uobičajenih motora. sinkroni motoričija je uzbuda isključena. To se objašnjava činjenicom da se pri pokretanju, uz pozitivan asinkroni zakretni moment iz interakcije rotirajućeg polja sa strujama induciranim u kratkom spoju, negativan asinkroni moment iz interakcije stalnih magneta sa strujama induciranim poljem stalni magneti u namotu statora djeluju na rotor.

mob_info