Generatory synchroniczne z wzbudzeniem z magnesów trwałych. Końcowy synchroniczny generator elektryczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych Generatory z wzbudzeniem magnetycznym

W tego typu maszynach synchronicznych stale ukierunkowane pole wzbudzenia tworzy się za pomocą magnesy trwałe. Maszyny synchroniczne z magnesami trwałymi nie wymagają wzbudnicy, a ze względu na brak wzbudzenia i utraty styku ślizgowego mają wysoką sprawność, ich niezawodność jest znacznie wyższa niż w przypadku konwencjonalnych maszyn synchronicznych, w których często znajduje się wirujące uzwojenie wzbudzenia i urządzenie szczotkowe uszkodzony; ponadto praktycznie nie wymagają konserwacji przez cały okres eksploatacji.
Magnesy trwałe mogą zastąpić uzwojenie wzbudzenia zarówno w konwencjonalnych wielofazowych maszynach synchronicznych, jak i we wszystkich specjalnych wersjach, które zostały opisane powyżej (jednofazowe maszyny synchroniczne, maszyny synchroniczne dziobowo-biegunowe i maszyny indukcyjne).
Maszyny synchroniczne z magnesami trwałymi różnią się od swoich elektrycznych odpowiedników. wzbudzenie magnetyczne projektowanie induktorowych systemów magnetycznych. Analogiem wirnika konwencjonalnej maszyny synchronicznej z niewystającym biegunem jest cylindryczny magnes pierścieniowy namagnesowany w kierunku promieniowym (ryc. 6).

Induktorowe systemy magnetyczne z magnesami cylindrycznymi i gwiaździstymi;
a - magnes w kształcie gwiazdy bez nabiegunników; b - czterobiegunowy magnes cylindryczny

Ryż. 2. Wirnik z biegunami w kształcie pazurów wzbudzany magnesem trwałym:
1 - pierścień trwały magnes; 2 - dysk z systemem biegunów południowych; 3 - dysk z układem biegunów północnych

Wirnik z biegunem jawnym konwencjonalnej maszyny ze wzbudzeniem elektromagnetycznym jest podobny do wirnika z magnesem w kształcie gwiazdy na ryc. 1, a, w którym magnes 1 jest osadzony na wale 3 za pomocą odlewu ze stopu aluminium 2.

W wirniku szponiastym (rys. 2) magnes pierścieniowy namagnesowany osiowo zastępuje uzwojenie wzbudzenia pierścieniowego. W przeciwbieżnej maszynie indukcyjnej zgodnie z ryc. wzbudzenie elektromagnetyczne można zastąpić magnetycznym, jak pokazano na ryc. 3 (zamiast trzech małych zębów w każdej ze stref I-IV, w każdej ze stref znajduje się jeden ząb). Odpowiedni analog z wzbudzeniem magnetycznym jest również dostępny dla maszyny o tym samym biegunie. Magnes trwały może w tym przypadku mieć postać namagnesowanego osiowo pierścienia, który jest włożony między ramę a osłonę końcową.

Ryż. 3. Induktorowy generator wielobiegunowy z wzbudzeniem magnetoelektrycznym:
OYA - uzwojenie twornika; PM - magnes stały
Do opisu procesów elektromagnetycznych zachodzących w maszynach synchronicznych z magnesami trwałymi całkiem odpowiednia jest teoria maszyn synchronicznych ze wzbudzeniem elektromagnetycznym, której podstawy nakreślono w poprzednich rozdziałach tego rozdziału. Aby jednak wykorzystać tę teorię i zastosować ją do obliczenia charakterystyk maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi w trybie generatora lub silnika, należy najpierw wyznaczyć EMF bez obciążenia, czyli współczynnik wzbudzenia r = Ef/U, z krzywej rozmagnesowania magnesu trwałego i obliczyć rezystancje indukcyjne Xad i X, biorąc pod uwagę wpływ rezystancji magnetycznej magnesu, który może być tak duży, że Xa(1< Xaq.
Maszyny z magnesami trwałymi wynaleziono na początku rozwoju elektromechaniki. Są one jednak szeroko stosowane w ostatnich dziesięcioleciach w związku z opracowywaniem nowych materiałów do magnesów trwałych o wysokiej specyficznej energii magnetycznej (na przykład takich jak magnico lub stopy na bazie samaru i kobaltu). Maszyny synchroniczne z takimi magnesami mogą konkurować z maszyny synchroniczne posiadające wzbudzenie elektromagnetyczne.

Moc szybkich generatorów synchronicznych z magnesami trwałymi do zasilania pokładowej sieci samolotów sięga kilkudziesięciu kilowatów. Generatory i silniki z magnesami trwałymi małej mocy są stosowane w samolotach, samochodach, ciągnikach, gdzie ich wysoka niezawodność ma ogromne znaczenie. jak silniki niska moc są szeroko stosowane w wielu innych dziedzinach techniki. W porównaniu do silników odrzutowych mają wyższą stabilność prędkości, lepszą wydajność energetyczną, gorsze od nich pod względem kosztów i właściwości rozruchowych.
Zgodnie z metodami rozruchu, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi małej mocy dzielą się na silniki samorozruchowe i silniki z rozruchem asynchronicznym.
Silniki o małej mocy z samoczynnym rozruchem z magnesami trwałymi służą do napędzania mechanizmów zegarowych i różnych przekaźników, różnych urządzeń programowych itp. Moc znamionowa tych silników nie przekracza kilku watów (zwykle ułamka wata). Dla ułatwienia rozruchu silniki są wielobiegunowe (p>8) i zasilane są z jednofazowej sieci o częstotliwości sieciowej.
W naszym kraju takie silniki są produkowane w serii DSM, w której do wytworzenia pola wielobiegunowego wykorzystuje się dziobową konstrukcję obwodu magnetycznego stojana i jednofazowe uzwojenie twornika.
Rozruch tych silników odbywa się dzięki momentowi synchronicznemu z oddziaływania pola pulsującego z magnesami trwałymi wirnika. Aby start odbył się pomyślnie i we właściwym kierunku, stosowane są specjalne urządzenia mechaniczne, które pozwalają wirnikowi obracać się tylko w jednym kierunku i odłączać go od wału podczas synchronizacji
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi małej mocy z rozruchem asynchronicznym są produkowane z promieniowym układem magnesu trwałego i rozruchowym uzwojeniem zwarciowym oraz z osiowym układem magnesu trwałego i rozruchowym uzwojeniem zwarciowym. Zgodnie z konstrukcją stojana silniki te nie różnią się od maszyn z wzbudzeniem elektromagnetycznym. Uzwojenie stojana w obu przypadkach jest dwu- lub trójfazowe. Różnią się tylko konstrukcją wirnika.
W silniku z promieniowym ułożeniem magnesu i zwartym uzwojeniem, ten ostatni jest umieszczony w rowkach laminowanych nabiegunników magnesów trwałych.Aby uzyskać dopuszczalne strumienie upływu, między końcówkami sąsiednich bieguny. Czasami, w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej wirnika, końcówki są łączone mostkami nasyconymi w cały rdzeń pierścieniowy.
W silniku z osiowym położeniem magnesu i zwartym uzwojeniem część długości czynnej zajmuje magnes trwały, a na jego drugiej części umieszczony jest warstwowy obwód magnetyczny ze zwartym uzwojeniem obok magnesu, a zarówno magnes trwały, jak i laminowany obwód magnetyczny są zamontowane na wspólnym wale. Ze względu na fakt, że silniki z magnesami trwałymi pozostają wzbudzone podczas rozruchu, ich rozruch jest mniej korzystny niż w silnikach konwencjonalnych. silniki synchroniczne, którego wzbudzenie jest wyłączone. Tłumaczy się to tym, że podczas rozruchu, wraz z dodatnim momentem asynchronicznym z oddziaływania pola wirującego z prądami indukowanymi w zwartym uzwojeniu, na wirnik działa ujemny moment asynchroniczny z oddziaływania magnesów trwałych z prądy indukowane przez pole magnesów trwałych w uzwojeniu stojana.

Generatory synchroniczne

z wzbudzeniem magnesem trwałym

(opracowany w 2012 roku)

Proponowany generator zgodnie z zasadą działania jest generatorem synchronicznym z wzbudzeniem z magnesów trwałych. Magnesy o składzie NeFeB, które wytwarzają pole magnetyczne o indukcji 1,35 Tl, umieszczony na obwodzie wirnika z naprzemiennymi biegunami.

E jest podekscytowany w uzwojeniach generatora. ds, których amplituda i częstotliwość są określone przez prędkość obrotową wirnika generatora.

Konstrukcja generatora nie zawiera kolektora z łamliwymi stykami. Generator nie posiada również uzwojeń wzbudzających, które pobierają dodatkowy prąd.

Zalety generatora o proponowanej konstrukcji:

1. Posiada wszystkie pozytywne cechy generatorów synchronicznych z magnesami trwałymi:

1) brak szczotek odbieraka prądu,

2) brak prądu wzbudzenia.

2. Większość podobnych obecnie produkowanych generatorów o tej samej mocy ma parametry masowo-gabarytowe 1,5 – 3 razy większe.

3. Znamionowa prędkość obrotowa wału generatora - 1600 o./min. Odpowiada to prędkości obrotowej wolnoobrotowych napędów Diesla. Dlatego przenosząc poszczególne elektrownie z silników benzynowych na wysokoprężne z wykorzystaniem naszego generatora, konsument otrzyma znaczne oszczędności paliwa, a w efekcie zmniejszy się koszt na kilowatogodzinę.

4. Generator ma mały moment rozruchowy (mniej niż 2 N×m), czyli do rozruchu moc napędu tylko 200 Wt, a uruchomienie generatora jest możliwe z samego diesla na starcie, nawet bez sprzęgła. Podobne silniki rynkowe mają okres przyspieszania, aby stworzyć rezerwę mocy podczas uruchamiania generatora, ponieważ przy rozruchu Silnik gazowy działa w trybie niskiego poboru mocy.

5. Przy poziomie niezawodności 90% zasoby generatora wynoszą 92 tysiące godzin (10,5 roku nieprzerwanej pracy). Deklarowany przez producentów (podobnie jak rynkowe odpowiedniki generatora) cykl pracy silnika napędowego pomiędzy remontami wynosi 25-40 tys. godzin. Oznacza to, że nasz generator pod względem niezawodności czasu pracy przewyższa niezawodność seryjnych silników i generatorów 2-3 razy.

6. Łatwość wykonania i montażu generatora - miejscem montażu może być warsztat ślusarski do produkcji jednostkowej i małoseryjnej.

7. Łatwa adaptacja alternatora do napięcia wyjściowego AC:

1) 36 V, częstotliwość 50 - 400 Hz

2) 115 V, częstotliwość 50 - 400 Hz(elektrownie lotniskowe);

3) 220 V, częstotliwość 50 - 400 Hz;

4) 380 V, częstotliwość 50 - 400 Hz.

Podstawowa konstrukcja generatora pozwala na dostrojenie wytwarzanego produktu do różnych częstotliwości i różnych napięć bez zmiany konstrukcji.

8. Wysokie bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Proponowany generator nie może stać się źródłem pożaru nawet w przypadku zwarcia w obwodzie obciążenia lub w uzwojeniach, co zostało uwzględnione w projekcie systemu. Jest to bardzo ważne w przypadku zastosowania generatora do pokładowej elektrowni w zamkniętej przestrzeni statku wodnego, samolotu, a także prywatnej drewnianej konstrukcji mieszkalnej itp.

9. Niski poziom hałas.

10. Wysoka łatwość konserwacji.

0.5 parametry generatora kW

Parametry generatora o mocy 2,5 kW

WYNIKI:

Proponowany generator może być wyprodukowany do zastosowania w zespołach prądotwórczych o prędkości wału 1500-1600 obr/min. - w elektrowniach spalinowych, benzynowych i parowych do użytku indywidualnego lub w lokalnych systemach energetycznych. W połączeniu z mnożnikiem elektromechaniczny konwerter energii może być również wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej w systemach generatorów o niskiej prędkości, takich jak farmy wiatrowe, elektrownie falowe itp. o dowolnej mocy. Oznacza to, że zakres konwertera elektromechanicznego sprawia, że ​​proponowany kompleks (generator mnożnikowy) jest uniwersalny. Podana w tekście waga, rozmiar i inne parametry elektryczne dają proponowanemu projektowi wyraźną przewagę konkurencyjną na rynku w porównaniu z analogami.

Zasady wytwarzania leżące u podstaw projektu są wysoce wykonalne, w zasadzie nie wymagają precyzyjnego parku maszynowego i są nastawione na masową produkcję. Dzięki temu projekt będzie miał niski koszt produkcji seryjnej.

Generator Urządzenie, które przekształca jedną formę energii w inną.
W tym przypadku rozważamy zamianę energii mechanicznej rotacji na energię elektryczną.

Istnieją dwa rodzaje takich generatorów. Synchroniczne i asynchroniczne.

Generator synchroniczny. Zasada działania

piętno generator synchroniczny jest sztywną zależnością między częstotliwością F zmienna siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniu stojana i prędkości wirnika n, zwany prędkością synchroniczną:

n = F/P

gdzie P- liczba par biegunów uzwojeń stojana i wirnika.
Zwykle prędkość obrotowa wyrażana jest w obr/min, a częstotliwość EMF w Hertzach (1/s), wtedy dla liczby obrotów na minutę wzór przyjmie postać:

n = 60F/P

Na ryc. 1.1 przedstawiony schemat funkcjonalny generator synchroniczny. Na stojanie 1 znajduje się uzwojenie trójfazowe, które zasadniczo nie różni się od podobnego uzwojenia maszyny asynchronicznej. Na wirniku znajduje się elektromagnes z uzwojeniem wzbudzenia 2, które odbiera moc prąd stały, z reguły poprzez styki ślizgowe, realizowane za pomocą dwóch pierścieni ślizgowych umieszczonych na wirniku i dwóch nieruchomych szczotek.
W niektórych przypadkach w konstrukcji wirnika generatora synchronicznego zamiast elektromagnesów można zastosować magnesy trwałe, wówczas eliminowana jest konieczność styków na wale, ale możliwości stabilizacji napięć wyjściowych są znacznie ograniczone.

Silnik napędowy (PD), który jest wykorzystywany jako turbina, silnik spalinowy lub inne źródło energii mechanicznej, wirnik generatora napędzany jest z prędkością synchroniczną. W tym przypadku pole magnetyczne elektromagnesu wirnika również obraca się z prędkością synchroniczną i indukuje zmienną siłę elektromotoryczną w trójfazowym uzwojeniu stojana mi A , mi Zespół mi C , które mają taką samą wartość i są przesunięte w fazie względem siebie o 1/3 okresu (120°), tworzą symetryczny trójfazowy układ EMF.

Przy obciążeniu podłączonym do zacisków uzwojenia stojana C1, C2 i C3 pojawiają się prądy w fazach uzwojenia stojana i A , i b, i C , które wytwarzają wirujące pole magnetyczne. Częstotliwość wirowania tego pola jest równa częstotliwości wirowania wirnika generatora. Tak więc w generatorze synchronicznym pole magnetyczne stojana i wirnika obracają się synchronicznie. Wartość chwilowa sem uzwojenia stojana w rozpatrywanym generatorze synchronicznym

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Tutaj: b– indukcja magnetyczna w szczelinie powietrznej pomiędzy rdzeniem stojana a biegunami wirnika, T;
ja- długość czynna jednej strony żłobka uzwojenia stojana, tj. długość rdzenia stojana, m;
w- liczba zwojów;
v = πDn– prędkość liniowa ruchu biegunów wirnika względem stojana, m/s;
D- średnica wewnętrzna rdzenia stojana, m.

Wzór EMF pokazuje, że przy stałej prędkości wirnika n kształt wykresu zmiennej EMF uzwojenia twornika (stojana) jest określony wyłącznie przez prawo rozkładu indukcji magnetycznej b w szczelinie między stojanem a biegunami wirnika. Jeśli wykres indukcji magnetycznej w szczelinie jest sinusoidą B = Bmax sinα, wtedy pole elektromagnetyczne generatora również będzie sinusoidalne. W maszynach synchronicznych zawsze dąży się do uzyskania rozkładu indukcji w szczelinie jak najbliżej sinusoidalnego.

Tak więc, jeśli szczelina powietrzna δ stała (rys. 1.2), to indukcja magnetyczna b w szczelinie powietrznej rozkłada się zgodnie z prawem trapezu (wykres 1). Jeśli krawędzie biegunów wirnika są „ukosowane” tak, że szczelina na krawędziach nabiegunników jest równa δ max (jak pokazano na rys. 1.2), to wykres rozkładu indukcji magnetycznej w szczelinie zbliży się do sinusoidy (wykres 2), a w konsekwencji wykres sem indukowanej w uzwojeniu generatora zbliży się do sinusoidy. Częstotliwość EMF generatora synchronicznego F(Hz) proporcjonalna do prędkości wirnika synchronicznego n(r/s)

gdzie P to liczba par biegunów.
W rozważanym generatorze (patrz rys. 1.1) występują dwa bieguny, tj. P = 1.
Aby uzyskać pole elektromagnetyczne o częstotliwości przemysłowej (50 Hz) w takim generatorze, wirnik musi być obracany z częstotliwością n= 50 obr/min ( n= 3000 obr/min).

Sposoby wzbudzania generatorów synchronicznych

Najczęstszym sposobem wytworzenia głównego strumienia magnetycznego generatorów synchronicznych jest wzbudzenie elektromagnetyczne, które polega na tym, że uzwojenie wzbudzenia jest umieszczone na biegunach wirnika, gdy przepływa przez nie prąd stały, występuje MMF, które wytwarza pole magnetyczne w generator. Do niedawna do zasilania uzwojenia polowego stosowano głównie specjalne generatory prądu stałego o niezależnym wzbudzeniu, zwane wzbudnikami. V(ryc. 1.3, a). Uzwojenie wzbudzenia ( OW) jest zasilany przez inny generator (wzbudzenie równoległe) zwany podwzbudnikiem ( PV). Wirnik generatora synchronicznego, wzbudnicy i podwzbudnicy znajdują się na wspólnym wale i obracają się jednocześnie. W takim przypadku prąd wchodzi do uzwojenia wzbudzenia generatora synchronicznego przez pierścienie ślizgowe i szczotki. Do sterowania prądem wzbudzenia stosuje się reostaty regulacyjne, które są zawarte w obwodzie wzbudzenia wzbudnicy r 1 i podwzbudnica r 2. W generatorach synchronicznych średniej i dużej mocy proces regulacji prądu wzbudzenia jest zautomatyzowany.

W generatorach synchronicznych zastosowano również bezkontaktowy układ wzbudzenia elektromagnetycznego, w którym generator synchroniczny nie posiada pierścieni ślizgowych na wirniku. W takim przypadku jako wzbudnik używany jest alternator synchroniczny z odwróconymi biegunami. V(ryc. 1.3, b). Uzwojenie trójfazowe 2 wzbudnica, w której indukowana jest zmienna siła elektromotoryczna, znajduje się na wirniku i obraca się wraz z uzwojeniem wzbudzenia generatora synchronicznego, a ich podłączenie elektryczne odbywa się za pomocą obracającego się prostownika 3 bezpośrednio, bez pierścieni ślizgowych i szczotek. Zasilanie DC uzwojenia polowego 1 wzbudnica B jest przeprowadzana z podwzbudnicy PV- prądnica prądu stałego. Brak styków ślizgowych w obwodzie wzbudzenia generatora synchronicznego pozwala na zwiększenie jego niezawodności i sprawności działania.

W generatorach synchronicznych, w tym hydrogeneratorach, zasada samowzbudzenia stała się powszechna (ryc. 1.4, a), gdy energia prądu przemiennego niezbędna do wzbudzenia jest pobierana z uzwojenia stojana generatora synchronicznego oraz poprzez transformator obniżający napięcie i prostownik konwerter półprzewodnikowy PP konwertowane na prąd stały. Zasada samowzbudzenia opiera się na fakcie, że początkowe wzbudzenie generatora następuje z powodu magnetyzmu szczątkowego maszyny.

Na ryc. 1.4, b przedstawia schemat blokowy system automatyczny samowzbudzenie generatora synchronicznego ( SG) z transformatorem prostownikowym ( WT) i konwerter tyrystorowy ( TP), przez który zasilanie AC z obwodu stojana SG po konwersji na prąd stały jest podawany do uzwojenia wzbudzenia. Przetwornica tyrystorowa jest sterowana przez automatyczny sterownik wzbudzenia ARV, którego wejście odbiera sygnały napięciowe na wejściu SG(poprzez przekładnik napięciowy) TN) i prąd obciążenia SG(z przekładnika prądowego) TT). Obwód zawiera blok ochronny ( BZ), która zapewnia ochronę uzwojenia wzbudzenia ( OW) przed przepięciem i przeciążeniem prądowym.

Moc wzbudzenia wynosi zwykle od 0,2% do 5% mocy użytkowej (niższa wartość dotyczy dużych generatorów).
W generatorach małej mocy stosowana jest zasada wzbudzania magnesami trwałymi umieszczonymi na wirniku maszyny. Ta metoda wzbudzenia umożliwia uratowanie generatora przed uzwojeniem wzbudzenia. Dzięki temu konstrukcja generatora jest znacznie uproszczona, staje się bardziej ekonomiczna i niezawodna. Jednak ze względu na wysoki koszt materiałów do produkcji magnesów trwałych z dużym zapasem energii magnetycznej i złożoność ich obróbki, zastosowanie wzbudzenia magnesami trwałymi ogranicza się do maszyn o mocy nie większej niż kilka kilowatów.

Generatory synchroniczne stanowią podstawę elektroenergetyki, ponieważ prawie cała energia elektryczna na świecie jest wytwarzana przez synchroniczne turbogeneratory lub generatory wodne.
Również generatory synchroniczne są szeroko stosowane jako część stacjonarnych i mobilnych instalacji elektrycznych lub stacji wyposażonych w silniki diesla i benzynowe.

generator asynchroniczny. Różnice w stosunku do synchronicznego

Generatory asynchroniczne zasadniczo różnią się od synchronicznych brakiem sztywnej zależności między prędkością wirnika a generowanym polem elektromagnetycznym. Różnicę między tymi częstotliwościami charakteryzuje współczynnik s- przesuwne.

s = (n - nr)/n

tutaj:
n- częstotliwość rotacji pola magnetycznego (częstotliwość PEM).
n r- częstotliwość obrotów wirnika.

Więcej szczegółów na temat obliczania poślizgu i częstotliwości można znaleźć w artykule: generatory asynchroniczne. Częstotliwość .

W trybie normalnym pole elektromagnetyczne generatora asynchronicznego pod obciążeniem wywiera moment hamujący na obrót wirnika, dlatego częstotliwość zmiany pola magnetycznego jest mniejsza, więc poślizg będzie ujemny. Generatory pracujące w obszarze dodatnich poślizgów to asynchroniczne tachogeneratory i przemienniki częstotliwości.

Generatory asynchroniczne, w zależności od konkretnych warunków użytkowania, wykonywane są z wirnikiem klatkowym, fazowym lub drążonym. Źródłem powstawania niezbędnej energii wzbudzenia wirnika mogą być kondensatory statyczne lub przekształtniki zaworowe ze sztucznym przełączaniem zaworów.

Generatory asynchroniczne można klasyfikować według metody wzbudzenia, charakteru częstotliwości wyjściowej (zmienna, stała), metody stabilizacji napięcia, obszarów pracy poślizgu, konstrukcji i liczby faz.
Ostatnie dwie cechy charakteryzują cechy konstrukcyjne generatory.
Charakter częstotliwości wyjściowej i metody stabilizacji napięcia w dużej mierze zależą od sposobu generowania strumienia magnetycznego.
Najważniejsza jest klasyfikacja według metody wzbudzenia.

Możliwe jest rozważenie generatorów z samowzbudzeniem iz niezależnym wzbudzeniem.

Samowzbudzenie w generatorach asynchronicznych można zorganizować:
a) za pomocą kondensatorów wchodzących w skład obwodu stojana lub wirnika lub jednocześnie w obwodach pierwotnym i wtórnym;
b) za pomocą konwerterów zaworów z naturalnym i sztucznym przełączaniem zaworów.

Niezależne wzbudzenie można przeprowadzić z zewnętrznego źródła napięcia przemiennego.

W zależności od charakteru częstotliwości generatory samowzbudne dzielą się na dwie grupy. Pierwsza z nich obejmuje źródła o praktycznie stałej (lub stałej) częstotliwości, druga częstotliwość zmienna (regulowana). Te ostatnie służą do zasilania silników asynchronicznych z płynną zmianą prędkości.

Planowane jest bardziej szczegółowe rozważenie zasady działania i cech konstrukcyjnych generatorów asynchronicznych w osobnych publikacjach.

Generatory asynchroniczne nie wymagają skomplikowanych elementów konstrukcyjnych do organizacji wzbudzenia prądu stałego lub użycia drogich materiałów z dużym zapasem energii magnetycznej, dlatego są szeroko stosowane przez użytkowników mobilnych instalacji elektrycznych ze względu na ich prostotę i bezpretensjonalność w konserwacji. Służą do zasilania urządzeń, które nie wymagają sztywnego wiązania z częstotliwością prądu.
Zaletą techniczną generatorów asynchronicznych jest ich odporność na przeciążenia i zwarcia.
Niektóre informacje o mobilnych agregatach prądotwórczych można znaleźć na stronie:
Generatory diesla.
generator asynchroniczny. Specyfikacje .
generator asynchroniczny. Stabilizacja.

Komentarze i sugestie są akceptowane i mile widziane!

Wynalazek dotyczy dziedziny elektrotechniki i elektrotechniki, w szczególności generatorów synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi. Efektem technicznym jest rozszerzenie parametrów pracy generatora synchronicznego o możliwość regulacji zarówno jego mocy czynnej, jak i wyjściowego napięcia przemiennego oraz możliwość wykorzystania go jako źródła prądu spawania podczas prowadzenia spawania łukiem elektrycznym w różnych trybach. Generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych zawiera zespół łożyskowy stojana z łożyskami wsporczymi (1, 2, 3, 4), na którym osadzony jest zespół pierścieniowych obwodów magnetycznych (5) z występami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w cewki elektryczne (6) umieszczone na nich z wielofazowymi uzwojeniami kotwiącymi (7) i (8) stojana, osadzone na wale nośnym (9) z możliwością obrotu w łożyskach nośnych (1, 2, 3, 4) wokół zespół łożyskowy stojana, zespół wirników pierścieniowych (10) z wirnikami pierścieniowymi osadzonymi na wewnętrznych ścianach bocznych wkładki magnetyczne (11) z biegunami magnetycznymi przemiennymi w kierunku obwodowym z par p, przykrywające półki biegunowe cewkami elektrycznymi (6) uzwojeń twornika (7, 8) obwodu magnetycznego pierścieniowego stojana. Zespół łożyskowy stojana wykonany jest z grupy identycznych modułów. Moduły zespołu łożyskowego stojana są zainstalowane z możliwością ich obrotu względem siebie wokół osi, sosna z wałem podporowym (9), oraz wyposażone są w napęd kinematycznie połączony z nimi do obrotu kątowego względem siebie inne, a fazy uzwojeń kotwiących wspomnianych modułów o tej samej nazwie są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy uzwojenia twornika stojana. 5 z.p. mucha, 3 chore.

Rysunki do patentu RF 2273942

Wynalazek dotyczy dziedziny elektrotechniki, w szczególności generatorów synchronicznych z wzbudzaniem z magnesów trwałych i może być stosowany w autonomicznych źródłach zasilania w samochodach, łodziach, a także w autonomicznych zasilaczach dla odbiorców z prądem przemiennym zarówno standardowych przemysłowych częstotliwości i podwyższonej częstotliwości oraz w elektrowniach autonomicznych jako źródło prądu spawania do spawania łukiem elektrycznym w terenie.

Znany generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych, zawierający zespół nośnika stojana z łożyskami wsporczymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z uzwojeniem stojana twornika, a także zamontowany na wał nośny do obracania się we wspomnianych łożyskach nośnych, wirnik ze stałymi magnesami wzbudzającymi (patrz na przykład A.I. Voldek, " Samochody elektryczne”, wyd. Energia, oddział Leningrad, 1974, s. 794).

Wadami znanego generatora synchronicznego są znaczne zużycie metalu i duże wymiary ze względu na znaczne zużycie metalu oraz wymiary masywnego cylindrycznego kształtu wirnika, wykonanego z magnesów trwałych wykonanych ze stopów magnetycznie twardych (takich jak alni, alnico, magnico itp. .).

Znany jest również generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych, zawierający zespół łożyskowy stojana z łożyskami wsporczymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z uzwojeniem stojana twornika, wirnik pierścieniowy osadzony w sposób umożliwiający obrót wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana z pierścieniową wkładką magnetyczną zamontowaną na wewnętrznej ścianie bocznej z biegunami magnetycznymi naprzemiennie w kierunku obwodowym, zakrywającą półki biegunowe cewkami elektrycznymi uzwojenia twornika określonego pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana ( patrz na przykład patent RF nr 2141716, klasa N 02 K 21/12 na zgłoszenie nr 4831043/09 z 2 marca 1988).

Wadą znanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych są wąskie parametry pracy ze względu na brak możliwości sterowania mocą czynną generatora synchronicznego, gdyż w konstrukcji tego generatora indukcyjnego synchronicznego nie ma możliwości szybkiej zmiany całkowity strumień magnetyczny generowany przez poszczególne magnesy trwałe określonej pierścieniowej wkładki magnetycznej.

Najbliższym analogiem (prototypem) jest generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych, zawierający zespół łożysk stojana z łożyskami wsporczymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z półkami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w cewki elektryczne umieszczone na nich z -fazowe uzwojenie twornika stojana, osadzone na wale podporowym z możliwością obrotu we wspomnianych łożyskach podporowych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana, RF nr 2069441, klasa H 02 K 21/22 wg zgłoszenia nr 4894702/07 z dnia 06.01.2090).

Wadą znanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych są również wąskie parametry pracy, zarówno ze względu na brak możliwości sterowania mocą czynną generatora synchronicznego indukcyjnego, jak i brak możliwości sterowania wielkością wyjściowego napięcia przemiennego, co powoduje, że trudne do wykorzystania jako źródło prądu spawania w spawaniu łukowym (w konstrukcji znanego generatora synchronicznego nie ma możliwości szybkiej zmiany wielkości całkowitego strumienia magnetycznego poszczególnych magnesów trwałych, tworząc pierścieniową wkładkę magnetyczną pomiędzy sami).

Celem niniejszego wynalazku jest rozszerzenie parametrów pracy generatora synchronicznego poprzez zapewnienie możliwości regulacji zarówno jego mocy czynnej, jak i możliwości regulacji napięcia przemiennego, a także możliwość wykorzystania go jako źródła prądu spawania podczas prowadzenia spawania łukiem elektrycznym w różnych trybach.

Cel ten osiąga się dzięki temu, że generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych, zawierający zespół łożysk stojana z łożyskami wsporczymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w cewki elektryczne umieszczone na nich z wielofazowe uzwojenie twornika stojana, osadzone na wale nośnym z możliwością obrotu we wspomnianych łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana; stojan zbudowany jest z grupy identycznych modułów z określonym pierścieniowym obwodem magnetycznym i pierścieniowym wirnik, osadzone na jednym wale podporowym z możliwością ich obrotu względem siebie wokół osi współosiowej z wałem podporowym, oraz są one połączone kinematycznie połączonym z nimi napędem, aby obracać je względem siebie, a te same fazy uzwojeń twornika w modułach zespołu łożyska stojana są połączone ze sobą, tworząc wspólne fazy uzwojenia twornika stojana.

Dodatkową różnicą proponowanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych jest to, że te same bieguny magnetyczne pierścieniowych wkładek magnetycznych wirników pierścieniowych w sąsiednich modułach zespołu nośnika stojana są usytuowane zgodnie ze sobą w tych samych płaszczyznach promieniowych, a końce fazowe uzwojenia twornika w jednym module zespołu nośnika stojana są połączone z początkami tej samej nazwy faz uzwojenia twornika w innym sąsiednim module zespołu nośnika stojana, tworząc w połączeniu ze sobą wspólne fazy stojana uzwojenie twornika.

Ponadto każdy z modułów zespołu łożyska stojana zawiera pierścieniową tuleję z zewnętrznym kołnierzem oporowym i miseczkę z centralnym otworem na końcu, a pierścieniowy wirnik w każdym z modułów zespołu łożyska stojana zawiera pierścieniową osłonę z wewnętrznym kołnierzem oporowym, w którym zamontowana jest wspomniana odpowiednia pierścieniowa wkładka magnetyczna, przy czym wspomniane pierścieniowe tuleje modułów zespołu łożyska stojana są połączone swoją wewnętrzną cylindryczną ścianą boczną z jednym ze wspomnianych łożysk oporowych, z których drugie są połączone ze ściankami środkowych otworów na końcach wskazanych odpowiednich miseczek, pierścieniowe panewki pierścieniowego wirnika są sztywno połączone z wałem nośnym za pomocą elementów mocujących, a pierścieniowy obwód magnetyczny w odpowiednim module stojana zespół łożyskowy jest zamontowany na określonej tulei pierścieniowej, sztywno przymocowanej swoim zewnętrznym kołnierzem oporowym do bocznej cylindrycznej ścianki miski i tworzącej wraz z tą ostatnią pierścieniową wnękę, w której umieszczona jest wskazówka odpowiedni pierścieniowy obwód magnetyczny z cewkami elektrycznymi odpowiedniego uzwojenia twornika stojana. Dodatkową różnicą proponowanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych jest to, że każda z jednostek mocujących łączących płaszcz pierścieniowy wirnika pierścieniowego z wałem nośnym zawiera piastę zamontowaną na wale nośnym z kołnierzem sztywno przymocowanym do wewnętrznego kołnierza oporowego odpowiedniej powłoki pierścieniowej.

Dodatkową różnicą proponowanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych jest to, że napęd do kątowego obrotu modułów zespołu nośnika stojana względem siebie jest zamontowany za pomocą zespołu nośnego na modułach zespołu nośnika stojana.

Dodatkowo napęd obrotu kątowego względem siebie modułów zespołu łożyska stojana wykonany jest w postaci mechanizmu śrubowego ze śrubą pociągową i nakrętką oraz zespołu nośnego napędu obrotu kątowego sekcji zespołu nośnego stojana zawiera łapę wsporczą zamocowaną na jednej ze wspomnianych miseczek i pręt nośny na drugiej miseczce, podczas gdy śruba pociągowa jest połączona obrotowo za pomocą dwustopniowego zawiasu na jednym końcu przez oś równoległą do osi wspomnianego wałka nośnego, z określonym prętem nośnym, wykonanym ze szczeliną prowadzącą umieszczoną wzdłuż łuku kołowego, a nakrętką mechanizmu śrubowego połączoną obrotowo z jednym końcem ze wspomnianym uchem, z drugiej strony wykonany jest z trzpieniem przechodzi przez szczelinę prowadzącą w pręcie nośnym i jest wyposażony w element blokujący.

Istotę wynalazku ilustrują rysunki.

Figura 1 przedstawia widok ogólny proponowanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem magnesami trwałymi w przekroju podłużnym;

Figura 2 - widok A na figurze 1;

Rysunek 3 przedstawia schematycznie obwód wzbudzenia magnetycznego generatora synchronicznego w wykonaniu z trójfazowymi obwodami elektrycznymi uzwojeń twornika stojana w początkowej pozycji wyjściowej (bez kątowego przesunięcia odpowiednich faz o tej samej nazwie w modułach nośnika stojana jednostka) dla liczby par biegunów stojana p=8;

Figura 4 - to samo, z fazami trójfazowych obwodów elektrycznych uzwojeń kotwiących stojana, rozmieszczonych względem siebie w położeniu kątowym pod kątem równym 360/2p stopni;

Rysunek 5 pokazuje opcję obwód elektryczny połączenia uzwojeń kotwiących stojana generatora synchronicznego z połączeniem faz generatora z gwiazdą i połączeniem szeregowym tych samych faz we wspólnych fazach przez nie utworzonych;

Figura 6 przedstawia inną wersję obwodu elektrycznego do łączenia uzwojeń twornika stojana generatora synchronicznego z połączeniem faz generatora w trójkącie i połączeniem szeregowym tych samych faz we wspólnych fazach przez nie utworzonych;

Rysunek 7 przedstawia schematyczny wykres wektorowy zmiany wielkości napięć fazowych generatora synchronicznego z obrotem kątowym odpowiednich faz o tej samej nazwie uzwojeń twornika stojana (odpowiednio modułów jednostki nośnej stojana) w odpowiedni kąt i kiedy te fazy są połączone zgodnie ze schematem „gwiazdy”;

Rysunek 8 - to samo, przy łączeniu faz uzwojeń kotwiących stojana zgodnie ze schematem „trójkąta”;

Rysunek 9 przedstawia schemat z wykresem zależności wyjściowego napięcia liniowego generatora synchronicznego od geometrycznego kąta obrotu tych samych faz uzwojeń twornika stojana z redukcją odpowiedniego elektrycznego kąta obrotu napięcia wektor w fazie do łączenia faz zgodnie ze schematem „gwiazdy”;

Rysunek 10 przedstawia schemat z wykresem zależności wyjściowego napięcia liniowego generatora synchronicznego od geometrycznego kąta obrotu tych samych faz uzwojeń twornika stojana z redukcją odpowiedniego elektrycznego kąta obrotu napięcia wektor w fazie do łączenia faz zgodnie ze schematem „trójkąta”.

Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych zawiera zespół łożysk stojana z łożyskami wsporczymi 1, 2, 3, 4, na których osadzona jest grupa identycznych pierścieniowych rdzeni magnetycznych 5 (np. w postaci monolitycznych dysków wykonanych z kompozytu proszkowego magnetycznie miękki materiał) z biegunowymi występami wzdłuż obwodu, wyposażonymi w umieszczone na nich cewki elektryczne 6 z wielofazowymi (np. trójfazowymi, a w przypadek ogólny faza m) uzwojenia twornika 7, 8 stojana, osadzone na wale nośnym 9 z możliwością obrotu we wspomnianych łożyskach nośnych 1, 2, 3, 4 wokół zespołu łożyskowego stojana, grupa identycznych wirników pierścieniowych 10, z pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 11 zamontowanymi na wewnętrznych ściankach bocznych (np. w postaci monolitycznych pierścieni magnetycznych wykonanych z proszkowego materiału magnetoanizotropowego) z biegunami magnetycznymi przemiennymi w kierunku obwodowym z par p (w tej wersji generatora, liczba par p biegunów magnetycznych wynosi 8), pokrywając występy biegunowe cewkami elektrycznymi 6 uzwojeń twornika 7, 8 tych pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 stojana. Zespół łożyskowy stojana składa się z grupy identycznych modułów, z których każdy zawiera pierścieniową tuleję 12 z zewnętrznym kołnierzem oporowym 13 i miseczką 14 z centralnym otworem „a” na końcu 15 i boczną cylindryczną ścianą 16. Każdy z pierścieniowych wirników 10 zawiera pierścieniową osłonę 17 z wewnętrznym kołnierzem oporowym 18. Pierścieniowe tuleje 12 modułów zespołu łożyska stojana są powiązane z ich wewnętrzną cylindryczną ścianą boczną z jednym ze wspomnianych łożysk podporowych (z łożyskami podporowymi 1, 3), z których drugie (łożyska nośne 2, 4) są połączone ze ściankami środkowych otworów „a” na końcach 15 określonych odpowiednich szkieł 14. Pierścieniowe osłony 17 pierścieniowych wirników 10 są sztywno połączony z wałem nośnym 9 za pomocą łączników, a każdy z pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 w odpowiednim module zespołu łożyska stojana jest zamontowany na określonej tulei pierścieniowej 12, sztywno przymocowanej swoim zewnętrznym kołnierzem oporowym 13 z boczną cylindryczną ścianą 16 filiżanka 14 i generatrix th, wraz z tym ostatnim, pierścieniowa wnęka „b”, w której umieszczony jest wskazany odpowiedni pierścieniowy obwód magnetyczny 5 z cewkami elektrycznymi 6 odpowiedniego uzwojenia twornika (uzwojenia twornika 7, 8) stojana. Moduły zespołu łożyskowego stojana (tuleje pierścieniowe 12 z miseczkami 14 tworzącymi te moduły) są montowane z możliwością ich obrotu względem siebie wokół osi współosiowej z wałem nośnym 9 i wyposażone są w kinematycznie połączony napęd do ich kątowego obrotu względem siebie, montowany za pomocą zespołu nośnego na modułach zespołu łożyskowego stojana. Każdy z łączników łączących pierścieniową osłonę 17 odpowiedniego pierścieniowego wirnika 10 z wałem nośnym 9 zawiera piastę 19 zamontowaną na wale nośnym 9 z kołnierzem 20 sztywno przymocowanym do wewnętrznego kołnierza oporowego 18 odpowiedniej pierścieniowej osłony 17. Napęd obrotu kątowego modułów zespołu łożyska stojana względem siebie w prezentowanym przykładzie wykonania wykonany jest w postaci mechanizmu śrubowego ze śrubą pociągową 21 i nakrętką 22, a zespół nośny napędu dla kąt obrotu odcinków zespołu łożyska stojana zawiera łapę nośną 23 zamocowaną na jednej ze wspomnianych miseczek 14, a na drugiej szybie 14 pręt nośny 24. Śruba pociągowa 21 jest połączona obrotowo za pomocą dwustopniowego zawiasu (zawias o dwóch stopniach swobody) z jednym końcem „w” przez oś 25 równoległą do osi O-O1 wspomnianego wału nośnego 9, z określoną belką nośną 24, wykonaną z umieszczoną wzdłuż łuku koła z szczelina prowadząca „g”, a nakrętka 22 mechanizmu śrubowego jest obrotowo połączona na jednym końcu ze wspomnianą łapą nośną 23, wykonana jest na drugim końcu z trzpieniem 26 przechodzącym przez szczelinę prowadzącą „g” w belce nośnej 24 i jest wyposażony w element blokujący 27 (nakrętka zabezpieczająca). Na końcu nakrętki 22, połączonej obrotowo z łapą podtrzymującą 23, znajduje się dodatkowy element blokujący 28 (dodatkowa nakrętka blokująca). Wał nośny 9 jest wyposażony w wentylatory 29 i 30 do chłodzenia uzwojeń twornika 7, 8 stojana, z których jeden (29) znajduje się na jednym końcu wału nośnego 9, a drugi (30) jest umieszczony pomiędzy sekcje zespołu łożyska stojana i zamontowane na wale nośnym 9. tuleje 12 sekcji zespołu łożyska stojana są wykonane z otworami wentylacyjnymi „d” na zewnętrznych kołnierzach oporowych 13 do przepuszczania przepływu powietrza do odpowiednich wnęk pierścieniowych „b " utworzone przez pierścieniowe tuleje 12 i miseczki 14, a tym samym chłodzące uzwojenia kotwicy 7 i 8, umieszczone w cewkach elektrycznych 6 na występach biegunowych pierścieniowych rdzeni magnetycznych 5. Na końcu wału nośnego 9, na którym znajduje się wentylator 29, koło pasowe 31 jest zamontowane do napędzania pierścieniowych wirników 10 generatora synchronicznego. Wentylator 29 jest zamocowany bezpośrednio na kole pasowym 31. Na drugim końcu śruby pociągowej 21 mechanizmu śrubowego jest zainstalowany uchwyt 32 do ręcznego sterowania mechanizmem śrubowym napędu w celu kątowego obrotu modułów zespołu łożyska stojana względem siebie. Fazy ​​o tej samej nazwie (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) uzwojeń twornika w pierścieniowych obwodach magnetycznych 5 modułów jednostki nośnej stojana jest ze sobą połączonych, tworząc wspólne fazy generatora (połączenie tych samych faz ogólnie zarówno szeregowy, jak i równoległy, a także złożony ). Bieguny magnetyczne o tej samej nazwie („północ” i odpowiednio „południe”) pierścieniowych wkładek magnetycznych 11 wirników pierścieniowych 10 w sąsiednich modułach zespołu łożyska stojana są usytuowane zgodnie ze sobą w tych samych płaszczyznach promieniowych. W przedstawionym przykładzie wykonania końce faz (A1, B1, C1) uzwojenia twornika (uzwojenie 7) w pierścieniowym obwodzie magnetycznym 5 jednego modułu jednostki nośnej stojana są połączone z początkami tych samych faz (A2 , B2, C2) uzwojenia twornika (uzwojenie 8) w sąsiednim innym węźle łożyskowym modułu stojana, tworząc między sobą szeregowo wspólne fazy uzwojenia twornika stojana.

Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych działa w następujący sposób.

Z napędu (na przykład z silnika spalinowego, głównie Diesla, nie pokazanego na rysunku) przez koło pasowe 31 przekładni pasowej, ruch obrotowy jest przenoszony na wał nośny 9 z pierścieniowymi wirnikami 10. Gdy wirniki pierścieniowe 10 (osłony pierścieniowe 17) obracają się z pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 11 (na przykład monolityczne pierścienie magnetyczne wykonane z proszkowego materiału magnetoanizotropowego) wytwarzają wirujące strumienie magnetyczne przenikające przez szczelinę pierścieniową powietrzną między pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 11 a pierścieniowymi rdzeniami magnetycznymi 5 (dla przykład, monolityczne tarcze wykonane z kompozytu proszkowego magnetycznie miękkiego materiału) modułów zespołu łożyska stojana, a także penetrujące występy biegunów promieniowych (zwykle nie pokazane na rysunku) pierścieniowych obwodów magnetycznych 5. Podczas obrotu pierścienia wirników 10, naprzemienne przejście „północnego” i „południowego” naprzemiennych biegunów magnetycznych pierścieniowych wkładek magnetycznych 11 odbywa się również nad występami biegunów promieniowych pierścienia obwodów magnetycznych 5 modułów zespołu nośnika stojana, powodujące pulsacje wirującego strumienia magnetycznego zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku w występach biegunów promieniowych wspomnianych pierścieniowych obwodów magnetycznych 5. W tym przypadku przemienne siły elektromotoryczne (SEM) są indukowane w uzwojenia twornika 7 i 8 stojana z wzajemnym przesunięciem fazowym w każdym z m-fazowych uzwojeń kotwicy 7 i 8 pod kątem równym 360/m stopni elektrycznych, a dla prezentowanych trójfazowych uzwojeń kotwicy 7 i 8 w ich fazy (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) sinusoidalne przemienne siły elektromotoryczne to siły indukowane (EMF) z przesunięciem fazowym między sobą o kąt 120 stopni i częstotliwością równą iloczynowi liczby par (p) biegunów magnetycznych w pierścieniowej wkładce magnetycznej 11 przez prędkość obrotową wirników pierścieniowych 10 (dla liczby par biegunów magnetycznych p = 8, zmienna siła elektromotoryczna indukowana jest głównie o zwiększonej częstotliwości, np. o częstotliwości 400 Hz ). Prąd przemienny (na przykład trójfazowy lub ogólnie faza m) płynący przez wspólne uzwojenie twornika stojana utworzone przez powyższe połączenie tych samych faz (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) uzwojeń twornika 7 i 8 w sąsiednich pierścieniowych rdzeniach magnetycznych 5, jest podawany na wyjściowe złącza zasilania elektrycznego (nie pokazane na rysunku) do podłączenia odbiorników energii elektrycznej prądu przemiennego (na przykład do podłączenia silników elektrycznych, elektronarzędzi, pomp elektrycznych, urządzeń grzewczych, jak a także do podłączenia elektrycznego sprzętu spawalniczego itp. ). W przedstawionym przykładzie wykonania generatora synchronicznego napięcie fazowe wyjściowe (Uf) we wspólnym uzwojeniu twornika stojana (utworzone przez odpowiednie wyżej wymienione połączenie tych samych faz uzwojeń twornika 7 i 8 w pierścieniowych obwodach magnetycznych 5 ) w początkowym położeniu modułów zespołu łożyskowego stojana (bez przesunięć kątowych każdego względem siebie tych modułów zespołu nośnego stojana i odpowiednio bez przesunięć kątowych względem siebie pierścieniowych rdzeni magnetycznych 5 z występy biegunów wzdłuż obwodu) jest równa sumie wartości bezwzględnych poszczególnych napięć fazowych (Uf1 i Uf2) w uzwojeniach twornika 7 i 8 pierścieniowych rdzeni magnetycznych modułów zespołu nośnika stojana (w przypadku ogólnym , całkowite wyjściowe napięcie fazowe Uf generatora jest równe sumie geometrycznej wektorów napięcia w poszczególnych fazach o tej samej nazwie A1, B1, C1 i A2, B2, C2 uzwojeń twornika 7 i 8, patrz ryc. 7 i 8 z wykresami napięcia). W przypadku konieczności zmiany (zmniejszenia) wielkości wyjściowego napięcia fazowego Uph (i odpowiednio wyjściowego napięcia liniowego U l) prezentowanego generatora synchronicznego do zasilania określonych odbiorników energii elektrycznej o obniżonym napięciu (np. dla łuku prądu przemiennego spawanie w określonych trybach), obrót kątowy poszczególnych modułów węzła nośnego odbywa się stojana względem siebie pod określonym kątem (podanym lub skalibrowanym). W tym przypadku element blokujący 27 nakrętki 22 mechanizmu śrubowego napędu obrotu kątowego modułów zespołu łożyska stojana jest odblokowany, a śruba pociągowa 21 mechanizmu śrubowego jest obracana za pomocą uchwytu 32 , w wyniku czego ruch kątowy nakrętki 22 po łuku koła w szczelinie „g” drążka nośnego 24 oraz obrót o zadany kąt jednego z modułów zespołu nośnego stojana względem inny moduł tego zespołu nośnego stojana wokół osi O-O1 wału nośnego 9 drugi moduł zespołu łożyska stojana z prętem nośnym 24, posiadający szczelinę „g”, znajduje się w stałym położeniu, tj. jest zamocowany na dowolnej podstawie , nie pokazany konwencjonalnie na przedstawionym rysunku). Przy obrocie kątowym modułów zespołu łożyskowego stojana (tuleje pierścieniowe 12 z miseczkami 14) względem siebie wokół osi O-O1 wału nośnego 9, obracają się również pierścieniowe rdzenie magnetyczne 5 z występami biegunowymi wzdłuż obwodu względem siebie pod zadanym kątem, w wyniku czego skręt wykonywany jest również pod zadanym kątem względem siebie wokół osi O-O1 wału nośnego 9 samych występów słupowych (konwencjonalnie nie pokazanych na rysunek) z cewkami elektrycznymi 6 wielofazowych (w tym przypadku trójfazowych) uzwojeń twornika 7 i 8 stojana w pierścieniowych obwodach magnetycznych. Gdy występy biegunowe pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 są obracane względem siebie o zadany kąt w zakresie 360/2p stopni, w uzwojeniu twornika ruchomego modułu jednostki nośnej stojana występuje proporcjonalny obrót wektorów napięć fazowych (w w tym przypadku wektory napięcia fazowego Uf2 obracają się w uzwojeniu twornika 7 stojana modułu jednostki nośnej, który ma możliwość obrotu kątowego) pod określonym kątem w zakresie 0-180 stopni elektrycznych (patrz rys. 7 i 8), co prowadzi do zmiany wypadkowego wyjściowego napięcia fazowego Uph generatora synchronicznego, w zależności od elektrycznego kąta obrotu wektorów napięć fazowych Uph2 w fazach A2, B2, C2 jednego uzwojenia twornika 7 stojana względem wektorów napięcia fazowe Uf1 w fazach A1, B1, C1 drugiego uzwojenia twornika 8 stojana (zależność ta ma charakter konstrukcyjny, obliczona przez rozwiązanie trójkątów ukośnych i określona następującym wyrażeniem:

Zakres regulacji wyjściowego napięcia fazowego Uf prezentowanego generatora synchronicznego dla przypadku, gdy Uf1=Uf2 będzie wahał się od 2Uf1 do 0, oraz dla przypadku, gdy Uf2

Wykonanie zespołu nośnika stojana z grupy identycznych modułów ze wskazanym pierścieniowym obwodem magnetycznym 5 i pierścieniowym wirnikiem 10, osadzonym na jednym wale nośnym 9 oraz montaż modułów zespołu nośnika stojana z możliwością ich obrotu względem względem siebie wokół osi współosiowej z wałem nośnym 9, zasilanie modułów zespołu łożyskowego stojana połączonych z nimi kinematycznie poprzez napęd obrotu ich kąta względem siebie oraz połączenie między tymi samymi fazami uzwojeń twornika 7 i 8 w modułach zespołu łożyskowego stojana z formowaniem wspólnych faz uzwojenia twornika stojana umożliwiają rozszerzenie parametrów pracy generatora synchronicznego poprzez zapewnienie możliwości regulacji zarówno jego mocy czynnej, jak i możliwości regulacji mocy napięcia prądu przemiennego, a także zapewnienie możliwości wykorzystania go jako źródła prądu spawania przy prowadzeniu spawania łukiem elektrycznym w różnych trybach (poprzez zapewnienie możliwości regulacji wartości przesunięcie fazowe napięcia w tych samych fazach A1, B1, C1 i A2, B2, C2 oraz w ogólnym przypadku w fazach Ai, Bi, Ci uzwojeń twornika stojana w projektowanym generatorze synchronicznym). Proponowany generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych może być wykorzystany przy odpowiednim przełączaniu uzwojeń twornika stojana do zasilania w energię elektryczną szerokiej gamy odbiorników przemiennego wielofazowego prądu elektrycznego o różnych parametrach napięcia zasilania. Ponadto dodatkowe rozmieszczenie tych samych biegunów magnetycznych („północ” i odpowiednio „południe”) pierścieniowych wkładek magnetycznych 11 w sąsiednich wirnikach pierścieniowych 10 jest zgodne ze sobą w tych samych płaszczyznach promieniowych, jak również połączenie końców faz A1, B1, C1 uzwojenia twornika 7 w pierścieniowym obwodzie magnetycznym 5 jednego modułu zespołu nośnika stojana z początkami tych samych faz A2, B2, C2 uzwojenia twornika 8 w sąsiednim moduł zespołu nośnika stojana (połączenie szeregowe tych samych faz uzwojenia twornika stojana o tej samej nazwie) umożliwia płynną i efektywną regulację napięcia wyjściowego generatora synchronicznego od wartości maksymalnej (2U f1 i ogólny przypadek dla liczby n sekcji zespołu łożyskowego stojana nU f1) do 0, który może być również wykorzystany do dostarczania energii elektrycznej do specjalnych maszyn i instalacji elektrycznych.

PRAWO

1. Generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych, zawierający zespół łożyskowy stojana z łożyskami wsporczymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z wielofazowym uzwojeniem stojana twornika , osadzony na wale nośnym z możliwością obrotu we wspomnianych łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana wirnik pierścieniowy z pierścieniową wkładką magnetyczną osadzony na wewnętrznej ścianie bocznej z biegunami magnetycznymi przemiennymi w kierunku obwodowym z par p, osłona występy biegunowe z cewkami elektrycznymi uzwojenia twornika wspomnianego pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana, charakteryzujące się tym, że zespół łożyskowy stojana składa się z grupy identycznych modułów ze wskazanym pierścieniowym obwodem magnetycznym i pierścieniowym wirnikiem osadzonym na jednym wale nośnym, natomiast montowane są moduły zespołu łożyskowego stojana z możliwością ich obrotu względem siebie wokół osi i współosiowe z wałem nośnym i wyposażone w kinematycznie połączony napęd do ich obrotu kątowego względem siebie, a te same fazy uzwojeń twornika w modułach zespołu łożyska stojana są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy twornika stojana meandrowy.

2. Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych według zastrz. 1, znamienny tym, że te same bieguny magnetyczne pierścieniowych wkładek magnetycznych wirników pierścieniowych w sąsiednich modułach zespołu nośnika stojana są usytuowane zgodnie ze sobą w tych samych płaszczyznach promieniowych , a końce faz uzwojenia twornika w jednym module nośnym zespołu stojana są połączone z początkami faz uzwojenia twornika o tej samej nazwie w innym, sąsiednim module zespołu nośnego stojana, tworząc w połączeniu ze sobą wspólny fazy uzwojenia twornika stojana.

3. Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że każdy z modułów zespołu nośnego stojana zawiera pierścieniową tuleję z zewnętrznym kołnierzem oporowym i miseczką z centralnym otworem na końcu oraz pierścieniowy wirnik w każdym z modułów zespołu nośnego stojana znajduje się pierścieniowa osłona z wewnętrznym kołnierzem oporowym, w której zamontowana jest wspomniana odpowiednia pierścieniowa wkładka magnetyczna, podczas gdy wspomniane pierścieniowe tuleje modułów zespołu łożyska stojana są powiązane z ich wewnętrznymi cylindrycznymi ścianka boczna z jednym z wymienionych łożysk podporowych, z których drugie są połączone ze ściankami otworów środkowych na końcach określonych odpowiednich szkieł, pierścienie pierścieniowe wirnika pierścieniowego są sztywno połączone z wałem podporowym za pomocą łączników , a pierścieniowy obwód magnetyczny w odpowiednim module zespołu łożyska stojana jest zamontowany na określonej tulei pierścieniowej, sztywno przymocowanej swoim zewnętrznym kołnierzem oporowym do bocznej cylindrycznej ściany stosu ana i tworząc wraz z nim pierścieniową wnękę, w której umieszczony jest wskazany odpowiedni pierścieniowy obwód magnetyczny z cewkami elektrycznymi odpowiedniego uzwojenia twornika stojana.

4. Generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych według dowolnego z zastrzeżeń 1-3, znamienny tym, że każdy z łączników łączących pierścieniową osłonę wirnika pierścieniowego z wałem nośnym zawiera piastę zamontowaną na wale nośnym za pomocą kołnierza sztywno przymocowany do wewnętrznego kołnierza oporowego odpowiedniej pierścieniowej osłony.

5. Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych według zastrz. 4, znamienny tym, że napęd do kątowego obrotu modułów zespołu nośnika stojana względem siebie jest montowany za pomocą zespołu nośnego na modułach zespołu nośnika stojana .

6. Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych według zastrz. 5, znamienny tym, że napęd obrotu kątowego względem siebie modułów zespołu nośnika stojana jest wykonany w postaci mechanizmu śrubowego ze śrubą pociągową i nakrętkę, a zespół odniesienia dla kątowego napędu obrotowego modułów zespołu wspornika stojana zawiera ucho nośne zamocowane na jednej ze wspomnianych miseczek i pręt nośny na drugiej miseczce, podczas gdy śruba pociągowa jest połączona obrotowo za pomocą dwóch -zawias schodkowy z jednego końca przez oś równoległą do osi wspomnianego wałka nośnego, z określonym prętem nośnym wykonanym ze szczeliny prowadzącej usytuowanej wzdłuż łuku koła, a na jednym końcu obrotowo połączona nakrętka mechanizmu śrubowego z tym łapem jest wykonany na drugim końcu z trzpieniem przechodzącym przez szczelinę prowadzącą w belce nośnej i jest wyposażony w element blokujący.

Wzór użytkowy dotyczy elektrotechniki, a konkretnie maszyn elektrycznych, i dotyczy udoskonalenia konstrukcji generatorów synchronicznych typu końcowego, które mogą być wykorzystywane przede wszystkim do wytwarzania energii elektrycznej w turbinach wiatrowych. Konstrukcja generatora zawiera obudowę, w której umieszczone są przemienne elementy układu elektromagnetycznego (wirnik-stojan-wirnik), wykonane w postaci tarcz osadzonych na nieruchomym wale, gdzie tarcza stojana jest z nim sztywno połączona, na stałe na tarczach wirnika, a na tarczy stojana zamocowane są magnesy - cewki tworzące jego uzwojenie pierścieniowe z wyprowadzeniem jego końców przez otwór osiowy w wale, gdzie obudowa składa się z dwóch tarcz - przedniej i tylnej, montowanych na wale w łożyska, przednia osłona posiada osłonę-wał, tarcze wirnika są zamocowane na powyższych osłonach, tarcza stojana zamocowana na wale za pomocą wielołopatkowych ogniw po obu stronach, gdzie każda łopatka jest umieszczona w szczelinie technologicznej pomiędzy cewkami elektrycznymi . Zaletami tego generatora są: mniejsze, w porównaniu ze znanymi maszynami tego samego typu, te same wskaźniki mocy, wagi i wielkości; niezawodność w działaniu; łatwość produkcji; wysoka wydajność; produkcyjność montażu-demontażu generatora i jego konserwacja; możliwość wykonania dowolnych wymiarów dzięki mocowaniu rdzenia stojana na stałym wale za pomocą wielołopatkowych ogniw po obu stronach.

Wzór użytkowy dotyczy elektrotechniki, a konkretnie maszyn elektrycznych, i dotyczy udoskonalenia konstrukcji generatorów synchronicznych typu końcowego, które mogą być wykorzystywane przede wszystkim do wytwarzania energii elektrycznej w turbinach wiatrowych.

Znana prądnica synchroniczna wzbudzana z magnesów trwałych, wykonana na końcu, zawierająca stojan, składający się z dwóch części z pierścieniowymi rdzeniami magnetycznymi umieszczonymi współosiowo i równolegle do siebie, pomiędzy którymi umieszczony jest wirnik.

W zastosowanej konstrukcji wirnik wykonany jest w postaci tarczy, na której z obu stron zamocowane są magnesy trwałe, dzięki czemu można je przemagnesować z jednej strony na drugą, co prowadzi do obniżenia charakterystyk magnesów trwałych, a w konsekwencji spadek sprawności generatora.

Najbliżej zgłaszanego obiektu znajduje się prądnica synchroniczna czołowa wzbudzana magnesami trwałymi, zawierająca dwa wirniki z magnesami trwałymi i stojan pomiędzy nimi z cewkami ułożonymi w promieniowych rowkach umieszczonych na końcowej powierzchni stojana.

Umieszczenie cewek w żłobkach zmniejsza szczelinę roboczą, co może prowadzić do sklejania się rdzenia stojana z magnesami trwałymi, w wyniku czego generator staje się

nieoperacyjny. Zastosowanie szczelin prowadzi do pojawienia się niepożądanych składowych harmonicznych prądów, indukcji w szczelinie, aw konsekwencji do wzrostu strat i odpowiednio do spadku sprawności generatora. Wirniki tarczowe są połączone ze sobą pinami zasilającymi, co zmniejsza sztywność i niezawodność konstrukcji.

Rezultatem technicznym proponowanego rozwiązania, jako modelu użytecznego, jest wyeliminowanie ewentualnego sklejania się rdzenia stojana magnesami trwałymi, co zapewni gwarantowaną pracę generatora i zmniejszy straty, a w konsekwencji zwiększy sprawność poprzez zastosowanie pierścieniowe uzwojenie stojana. Model ten ma sztywniejszą konstrukcję dzięki połączeniu wirników ze sobą poprzez przymocowanie ich do obudowy generatora, co zwiększa jego niezawodność. Rdzeń stojana osadzony jest na nieruchomym wale z wielołopatkowymi ogniwami po obu stronach, co prowadzi do obniżenia parametrów wagowo-gabarytowych czołowej prądnicy synchronicznej z wzbudzeniem z magnesów trwałych i umożliwia wykonanie prądnicy o wystarczająco dużej średnicy wewnętrznej i zewnętrznej. Zaproponowany model pozwala zapewnić wykonalność montażu i demontażu generatora oraz jego konserwację.

Wzór użytkowy zakłada obecność obudowy, w której znajdują się przemienne elementy układu elektromagnetycznego (wirnik-stojan-wirnik), wykonane w formie tarcz i zamontowane na stałym wale. W tym przypadku stojan jest z nim sztywno połączony. Magnesy trwałe są zamocowane na tarczach wirnika, a cewki na tarczy stojana, tworząc jego uzwojenie pierścieniowe z wyprowadzeniem jego końców przez otwór osiowy w wale. Obudowa składa się z dwóch osłon - przedniej i tylnej, montowanych na wale w

namiar. Przednia osłona ma osłonę wału. Tarcze wirnika są zamocowane na powyższych osłonach, a tarcza stojana jest zamocowana na wale za pomocą wielołopatkowych łączników po obu stronach, gdzie każda łopatka jest umieszczona w szczelinie technologicznej pomiędzy cewkami elektrycznymi.

Figura 1 przedstawia generator w przekroju podłużnym; rysunek 2 - stojan (widok z przodu).

Generator składa się ze stojana 1 i dwóch wirników 2. Rdzeń stojana jest wykonany w postaci tarczy uzyskanej przez nawinięcie taśmy ze stali elektrotechnicznej na trzpień, którego średnica zewnętrzna jest równa średnicy wewnętrznej stojana. Rdzeń jest zamocowany pomiędzy ogniwami wielołopatkowymi 3 po obu stronach. Każde ostrze jest umieszczone w szczelinie technologicznej pomiędzy cewkami 4 uzwojenia pierścieniowego. Ogniwa wielołopatkowe są ze sobą skręcone. Ich podstawy wykonane są w postaci tulei, które są zamontowane na stałym wale 5. Aby zapobiec ewentualnemu obrotowi stojana, łączniki są mocowane za pomocą klucza 6. Aby wyeliminować osiowy ruch stojana, jedno wielołopatkowe ogniwo jest dociskany do kołnierza wału, a drugi jest zaciskany przez stalową tuleję 7, przykręconą do wału na obwodzie trzema śrubami. Wał posiada osiowy otwór, przez który końce uzwojenia są wyprowadzane do skrzynki zaciskowej.

Rdzenie wirników wykonane są ze stali konstrukcyjnej, podobnie jak rdzeń stojana, w postaci dysków, których szerokość jest równa długości magnesu trwałego 8. Magnesy trwałe są sektorami pierścieniowymi i są przyklejone do rdzenia. Szerokość magnesów jest równa szerokości cewek stojana i jest zbliżona do wartości podziału biegunów. Ich wymiary ograniczone są jedynie szerokością łopatki umieszczonej pomiędzy zwojami uzwojenia stojana. Dołączone rdzenie

wkręty z łbem wpuszczanym do wewnętrznej strony osłon 9 i 10. Zastosowanie wkrętów z łbem wpuszczanym zmniejsza poziom hałasu podczas pracy generatora. Tarcze wykonane są ze stopu aluminium. Łączy się je również śrubami z łbem wpuszczanym – jedna z osłonek posiada specjalne wgłębienia, w które wciskane są stalowe nakrętki (dla wzmocnienia połączenia, bo aluminium to miękki materiał), w które śruby są już wkręcone. W osłonach zamontowane są łożyska 11 z trwale wypełnionym smarem i dwiema podkładkami ochronnymi. Tarcza łożyskowa 9 ma pokrywę 12 wału wykonaną ze stali. Pełni w tym generatorze dwie funkcje: a) zamyka łożysko; b) odbiera obroty napędu. Osłona wału jest przymocowana do osłony łożyska za pomocą 9 śrub od strony wewnętrznej.

Działanie tego generatora odbywa się w następujący sposób: napęd przenosi moment obrotowy przez pokrywę wału 12 na cały korpus, w wyniku czego wirniki zaczynają się obracać. Zasada działania tego generatora jest podobna do zasady działania znanych generatorów synchronicznych: gdy wirniki 2 obracają się, pole magnetyczne magnesów trwałych przecina zwoje uzwojenia stojana, zmieniając się zarówno w wartości bezwzględnej, jak i w kierunku, oraz indukuje w nich zmienną siłę elektromotoryczną. Cewki uzwojenia są połączone szeregowo w taki sposób, że ich siły elektromotoryczne się sumują. Wytworzone napięcie jest pobierane z wyjściowych końców uzwojenia, które trafiają do skrzynki zaciskowej przez otwór osiowy w wale 5.

Taka konstrukcja generatora pozwala wyeliminować ewentualne sklejanie się rdzenia stojana magnesami trwałymi, a tym samym zapewnia gwarantowaną pracę generatora; daje

możliwość zmniejszenia pulsacji i strat powierzchniowych w stali dzięki zastosowaniu rdzenia bezżłobkowego i pierścieniowego uzwojenia stojana, w wyniku czego wzrasta sprawność. Umożliwia również zwiększenie niezawodności generatora dzięki zastosowaniu sztywniejszej konstrukcji (połączenie wirników ze sobą poprzez przymocowanie ich do obudowy generatora), zmniejszenie wskaźników masy i gabarytów przy tej samej mocy oraz wykonać generator dowolnej wielkości, mocując rdzeń stojana do nieruchomego wału za pomocą wielołopatkowych ogniw po obu stronach. Zaproponowany model pozwala zapewnić wykonalność montażu i demontażu generatora oraz jego konserwację.

Prądnica synchroniczna krańcowa z wzbudzeniem z magnesów trwałych, zawierająca obudowę, w której umieszczone są przemienne elementy układu elektromagnetycznego (wirnik – stojan – wirnik), wykonane w postaci tarcz osadzonych na nieruchomym wale, gdzie tarcza stojana jest sztywno połączona do tych ostatnich na magnesach tarcz wirnika zamocowane są stałe, a na tarczy stojana znajdują się cewki tworzące jego uzwojenie pierścieniowe, których końce wychodzą przez otwór osiowy w wale, charakteryzujący się tym, że obudowa składa się z dwóch tarcz - przedniej i tylna, osadzona na wale w łożyskach, przednia osłona posiada osłonę wału, tarcze wirnika są zamocowane na powyższych tarczach, tarcza stojana jest zamocowana na wale za pomocą wielołopatkowych łączników z obu stron, w których jest osadzona każda łopatka w szczelinie technologicznej między cewkami elektrycznymi.