Generator synchroniczny z wirnikiem z magnesem trwałym. Generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych. generator asynchroniczny. Różnice w stosunku do synchronicznego

Bezdotykowe generatory synchroniczne z magnesami trwałymi (PMSG) mają proste schemat połączeń, nie zużywają energii do wzbudzenia i mają zwiększoną wydajność, są wysoce niezawodne, mniej wrażliwe na działanie reakcji twornika niż konwencjonalne maszyny, ich wady związane są z niskimi właściwościami regulacyjnymi ze względu na to, że strumień roboczy magnesów trwałych nie może być zmieniane w szerokim zakresie. Jednak w wielu przypadkach ta cecha nie jest decydująca i nie przeszkadza w ich szerokim zastosowaniu.

Większość obecnie stosowanych CVD ma system magnesów z magnesami trwałymi, które się obracają. Dlatego systemy magnetyczne różnią się od siebie głównie konstrukcją wirnika (cewki indukcyjnej). Stojan SGPM ma prawie taką samą konstrukcję jak w klasycznych maszynach prądu przemiennego, zwykle zawiera cylindryczny obwód magnetyczny złożony z arkuszy stali elektrotechnicznej, na wewnętrzna powierzchnia które rowki są umieszczone w celu umieszczenia uzwojenia twornika. W przeciwieństwie do konwencjonalnego maszyny synchroniczne szczelinę roboczą między stojanem a wirnikiem w SGPM dobiera się tak, aby była minimalna, w oparciu o możliwości technologiczne. Konstrukcja wirnika jest w dużej mierze zdeterminowana przez pole magnetyczne i właściwości technologiczne twardy materiał magnetyczny.

Wirnik z magnesem cylindrycznym

Najprostszy to wirnik z monolitycznym cylindrycznym magnesem typu pierścieniowego (ryc. 5.9, a). Magnes 1 jest odlewany, osadzony na wale za pomocą tulei 2, na przykład wykonanej ze stopu aluminium. Namagnesowanie magnesu odbywa się w kierunku promieniowym na wielobiegunowej instalacji magnesującej. Ponieważ wytrzymałość mechaniczna magnesów jest niska, przy dużych prędkościach liniowych magnes jest umieszczany w powłoce (bandażu) z materiału niemagnetycznego.

Odmianą wirnika z magnesem cylindrycznym jest prefabrykowany wirnik z poszczególnych segmentów 1 z niemagnetycznej stalowej powłoki 3 (ryc. 5.9, b). Namagnesowane magnesy promieniowo segmentowane 1 są zamknięte w tulei 2 ze stali magnetycznej i zamocowane w dowolny sposób, na przykład za pomocą kleju. Generatory z wirnikiem tej konstrukcji, gdy magnes jest stabilizowany w stanie swobodnym, mają kształt krzywej EMF zbliżony do sinusoidalnego. Zaletą wirników z magnesem cylindrycznym jest prostota i wykonalność konstrukcji. Wadą jest małe wykorzystanie objętości magnesu ze względu na małą długość linii średniego pola bieguna h oraz. Wraz ze wzrostem liczby biegunów wartość h i maleje, a wykorzystanie objętości magnesu pogarsza się.

Rysunek 5.9 - Wirniki z magnes cylindryczny: a - monolityczny, b - prefabrykowany

Wirniki z magnesem gwiazdowym

W SGPM o mocy do 5 kVA szeroko stosowane są wirniki gwiaździste z wyraźnymi biegunami bez nabiegunników (rys. 5.10, a). W tej konstrukcji magnes gwiaździsty jest częściej montowany na wale poprzez wylanie niemagnetycznego stopu 2. Magnes można również zobaczyć bezpośrednio na wale. W celu zmniejszenia efektu rozmagnesowania pola reakcji twornika z prądem zwarciowym udarowym na wirniku, w niektórych przypadkach zakłada się układ tłumiący 3. Ten ostatni odbywa się z reguły poprzez wylewanie wirnika aluminium . Przy dużych prędkościach na magnes dociskany jest bandaż niemagnetyczny.

Jednak w przypadku przeciążenia generatora reakcja poprzeczna twornika może spowodować asymetryczne odwrócenie krawędzi biegunów. Takie przemagnesowanie zniekształca kształt pola w szczelinie roboczej oraz kształt krzywej pola elektromagnetycznego.

Jednym ze sposobów zmniejszenia wpływu pola twornika na pole magnetyczne jest zastosowanie nabiegunników z miękkimi stalami magnetycznymi. Zmieniając szerokość nabiegunników (regulując strumień błądzący nabiegunników), można osiągnąć optymalne wykorzystanie magnesu. Dodatkowo zmieniając konfigurację nabiegunników można uzyskać pożądany kształt pola w szczelinie roboczej generatora.

Na ryc. 5.10, b przedstawia konstrukcję prefabrykowanego wirnika gwiaździstego z pryzmatycznymi magnesami trwałymi z nabiegunnikami. Magnesy 1 namagnesowane promieniowo są zamontowane na tulei 2 z miękkiego materiału magnetycznego. Na biegun magnesów nałożone są nabiegunniki 3 wykonane ze stali magnetycznej. Aby zapewnić wytrzymałość mechaniczną ba

Rysunek 5.10 - Wirniki typu gwiazda: a - bez nabiegunników; b - prefabrykowane z nabiegunnikami

Szmaki są przyspawane do niemagnetycznych wkładek 4, tworząc bandaż. Szczeliny między magnesami można wypełnić stopem aluminium lub mieszanką.

Wadami wirników gwiaździstych z nabiegunnikami są złożoność konstrukcji i zmniejszenie wypełnienia objętości wirnika magnesami.

Wirniki z biegunami w kształcie pazurów.

W generatorach z duża liczba bieguny szeroko stosowana konstrukcja wirnika z biegunami w kształcie pazurów. Wirnik w kształcie pazura (ryc. 5.11) zawiera magnes cylindryczny 1, namagnesowany w kierunku osiowym, umieszczony na niemagnetycznej tulei 2. Kołnierze 3 i 4 z miękkimi stalami magnetycznymi przylegają do końców magnesu, mają kształt pazurów występy tworzące słupy. Wszystkie występy lewego kołnierza są biegunami północnymi, a występy prawego kołnierza są biegunami południowymi. Występy kołnierza występują naprzemiennie na obwodzie wirnika, tworząc wielobiegunowy układ wzbudzenia. Moc generatora można znacznie zwiększyć, stosując zasadę modułową, umieszczając na wale kilka magnesów z biegunami w kształcie pazurów.

Wadami wirników typu kłowego są: względna złożoność konstrukcji, trudność namagnesowania magnesu w zmontowanym wirniku, duże strumienie wycieku, możliwość gięcia końców występów przy dużych prędkościach, miara wypełnienia wielkość wirnika z magnesem miała miarę.

Istnieją konstrukcje wirników z różnymi kombinacjami PM: z szeregowym i równoległym połączeniem magnesów MRS, z regulacją napięcia dzięki osiowemu ruchowi wirnika względem stojana, układem łącznego sterowania wzbudzeniem SHPM z PM i równoległym elektromagnetycznym uzwojenia itp. W przypadku bezprzekładniowych instalacji witroelektrycznych najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie SGPM

Rysunek 5.11 - Wirnik typu pazur

wersja słupowa. W Niemczech, Ukrainie i innych krajach istnieje doświadczenie w opracowywaniu i stosowaniu generatorów wolnoobrotowych do bezprzekładniowych turbin wiatrowych o prędkości obrotowej 125-375 obr/min.

Ze względu na główny wymóg stawiany bezprzekładniowej turbinie wiatrowej – aby mieć niską prędkość generatora – wymiary i waga SHPM są zawyżone w porównaniu z szybkimi generatorami o w przybliżeniu tej samej mocy. W obudowie 1 (rys. 5.12) znajduje się konwencjonalny stojan 2 z uzwojeniem 3. Wirnik (cewka indukcyjna) 4 z płytami neodymowo-żelazowo-borowymi 5 naklejonymi na powierzchni zewnętrznej jest osadzony na wale 6 z łożyskami 7. Obudowa 1 jest zamocowana na podstawa 8, podłoga” jest połączona z podporą turbiny wiatrowej, a wirnik 4 jest połączony z wałem turbiny wiatrowej (nie pokazano na rys. 5.12).

Przy niskich prędkościach wiatru dla turbin wiatrowych konieczne jest stosowanie generatorów z niskie prędkości obrót. W takim przypadku system często nie ma skrzyni biegów, a oś jest bezpośrednio połączona z osią. generator elektryczny. Rodzi to problem uzyskania odpowiednio wysokiego napięcia wyjściowego i mocy elektrycznej. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest wielobiegunowa prądnica z wirnikiem o dostatecznie dużej średnicy. W takim przypadku wirnik generatora można wykonać za pomocą magnesów trwałych. Generator elektryczny z wirnikiem magnesy trwałe nie posiada kolektora i szczotek, które

Rysunek 5.12 - Schemat strukturalny SGPM dla bezprzekładniowej turbiny wiatrowej: 1- obudowa; 2 - stojan; 3 - uzwojenie; 4 - wirnik; 5 - płytki magnesów trwałych z Nd-Fe-B; 6 - wał; 7 - łożyska; 8 - podstawa

Pozwala znacząco zwiększyć jego niezawodność i czas pracy bez konserwacji i napraw.

Generator elektryczny z wirnikiem z magnesem trwałym można zbudować według różnych schematów, różniących się między sobą ogólnym układem uzwojeń i magnesów. Na wirniku generatora znajdują się magnesy o zmiennej polaryzacji. Na stojanie generatora znajdują się uzwojenia o zmiennym kierunku uzwojenia. Jeśli wirnik i stojan są dyskami współosiowymi, wówczas ten typ generatora nazywa się osiowym lub dyskowym (ryc. 5.13).

Jeśli wirnik i stojan są współosiowymi cylindrami współosiowymi, wówczas ten typ generatora nazywa się promieniowym lub cylindrycznym (ryc. 5.14). W generatorze promieniowym wirnik może znajdować się wewnątrz lub na zewnątrz stojana.

Rysunek 5.13 - Uproszczony schemat generatora elektrycznego z wirnikiem z magnesami trwałymi typu osiowego (dyskowego)

Rysunek 5.14 - Uproszczony schemat generatora elektrycznego z wirnikiem z magnesami trwałymi typu promieniowego (cylindrycznego)

Ważna funkcja generatory synchroniczne z PM w porównaniu do konwencjonalnych generatorów synchronicznych - trudność regulacji napięcia wyjściowego i jego stabilizacji. Jeśli w zwykłym maszyny synchroniczne możliwa jest płynna regulacja strumienia roboczego i napięcia poprzez zmianę prądu wzbudzenia, wówczas w maszynach z magnesami trwałymi nie jest to możliwe, ponieważ strumień Ф znajduje się w określonej linii powrotnej i nieznacznie się zmienia. Aby regulować i stabilizować napięcie generatorów synchronicznych z magnesami trwałymi, należy zastosować specjalne metody.

Jednym z możliwych sposobów stabilizacji napięcia generatorów synchronicznych jest wprowadzenie do zewnętrznego obwodu elektrycznego generatora elementów pojemnościowych, które przyczyniają się do pojawienia się wzdłużnie magnesującej reakcji twornika. Charakterystyki zewnętrzne generatora z pojemnościowym charakterem obciążenia zmieniają się niewiele i mogą nawet zawierać narastające sekcje. Kondensatory zapewniające pojemnościowy charakter obciążenia są połączone szeregowo bezpośrednio z obwodem obciążenia (rys. 5.15, a) lub przez pływający transformator, który pozwala zmniejszyć masę kondensatorów poprzez zwiększenie ich napięcia roboczego i zmniejszenie prądu (ryc. S.1S, b). Możliwe jest również podłączenie kondensatora równolegle do kręgu generatora (rys. 5.15, mi).

Rysunek 5.15 - włączenie kondensatorów stabilizujących w okrąg generatora synchronicznego z magnesami trwałymi

Dobrą stabilizację napięcia wyjściowego generatora z PM można zapewnić stosując obwód rezonansowy zawierający pojemność C i cewkę nasycenia L. Obwód jest połączony równolegle z obciążeniem, jak pokazano na ryc. 5.16, a w obrazie jednofazowym. Ze względu na nasycenie cewki indukcyjnej jej indukcyjność maleje wraz ze wzrostem prądu, a zależność napięcia na cewce od prądu cewki indukcyjnej jest nieliniowa (ryc. 5.16, b). Jednocześnie zależność napięcia od pojemności od prądu jest liniowa. W punkcie przecięcia krzywych i , co odpowiada napięciu znamionowemu generatora

Rysunek 5.16 - stabilizacja napięcia, generator synchroniczny z magnesami trwałymi z wykorzystaniem obwodu rezonansowego: a - schemat połączeń obwodu; b - charakterystyka prądowo-napięciowa (b)

torus, w obwodzie występuje rezonans prądu, to znaczy prąd bierny nie wchodzi do obwodu z zewnątrz.

Jeśli napięcie spadnie, to, jak pokazano na ryc. 4.15, b, kiedy mamy , czyli obwód pobiera prąd pojemnościowy z generatora. Zachodząca w tym przypadku podłużna reakcja magnesująca twornika, przyczynia się do wzrostu U . Jeśli , to obwód pobiera również prąd indukcyjny z generatora. Wzdłużna reakcja rozmagnesowania twornika prowadzi do spadku U.

W niektórych przypadkach do stabilizacji napięcia generatorów stosuje się dławiki saturacyjne (DN), które magnesowane są prądem stałym z układu regulacji napięcia. Wraz ze spadkiem napięcia regulator zwiększa prąd magnesujący w cewce, zmniejsza się jego indukcyjność z powodu nasycenia rdzenia, zmniejsza się efekt podłużnej reakcji rozmagnesowania twornika, a także spadek napięcia na DN, co pomaga przywrócić napięcie wyjściowe generatora.

Regulację i stabilizację napięcia generatorów z PM można skutecznie przeprowadzić za pomocą przekształtnika półprzewodnikowego, w którym w każdej fazie znajdują się dwa przeciwrównoległe tyrystory. Każda połówka krzywej napięcia przed przetwornicą odpowiada napięciu przewodzenia na jednym z tyrystorów. Jeżeli układ sterowania daje sygnały do włączenia tyrystorów z pewnym opóźnieniem, które odpowiada kątowi sterowania. Wraz ze spadkiem napięcia za przekształtnikiem, gdy napięcie na zaciskach generatora maleje, kąt maleje tak, że napięcie na generatorze . Za pomocą takiego konwertera można nie tylko stabilizować, ale także regulować napięcie wyjściowe w szerokim zakresie poprzez zmianę kąta. Wadą opisanego schematu jest pogorszenie jakości napięcia wraz ze wzrostem ze względu na pojawienie się wyższych harmonicznych.

Opisane metody regulacji i stabilizacji napięcia związane z zastosowaniem ciężkich i nieporęcznych urządzeń zewnętrznych w stosunku do generatora. Osiągnięcie tego celu można zapewnić poprzez zastosowanie dodatkowego uzwojenia magnetycznego prądu stałego (PO) w generatorze, zmieniającego stopień nasycenia stalowych drutów magnetycznych, a tym samym zmieniając zewnętrzne przewodnictwo magnetyczne względem magnesu.

Właściciele patentu RU 2548662:

Wynalazek dotyczy dziedziny elektrotechniki i elektrotechniki, w szczególności generatorów synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi. EFEKT: stabilizacja napięcia wyjściowego i mocy czynnej. Generator synchroniczny wzbudzany z magnesów trwałych zawiera zespół łożyskowy stojana z łożyskami wsporczymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunowymi wzdłuż obwodu. Rdzeń magnetyczny wyposażony jest w cewki elektryczne umieszczone na półkach biegunowych z wielofazowym uzwojeniem twornika stojana. Wirnik pierścieniowy osadzony jest na wale nośnym z możliwością obrotu w łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana. Na wewnętrznej ścianie bocznej wirnika zamontowana jest pierścieniowa wkładka magnetyczna z parami biegunów magnetycznych naprzemiennie w kierunku obwodowym. Wkładka magnetyczna wykonana jest w postaci dwóch identycznych pierścieni, które mogą poruszać się w kierunku osiowym. Pomiędzy pierścieniami znajduje się elastyczny element. 2 chore.

Wynalazek dotyczy dziedziny elektrotechniki i elektrotechniki, w szczególności generatorów synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi i może być stosowany w autonomicznych zasilaczach zarówno o standardowej częstotliwości przemysłowej, jak i o podwyższonej częstotliwości, w maszynach elektrycznych i elektrowniach. W szczególności proponowany generator synchroniczny może być wykorzystywany jako autonomiczne źródło zasilania samochodów, łodzi i innych pojazdów.

Znana prądnica synchroniczna zawierająca stojan z układem przewodów oraz wirnik posiadający układ wzbudzenia z magnesami trwałymi, a pomiędzy stojanem a wirnikiem znajduje się powierzchnia czynna - szczelina powietrzna, wirnik wykonany w postaci wirnika zewnętrznego z powierzchnią czynną od wewnątrz, wirnik ma, patrząc na kierunek ruchu obrotowego, naprzemiennie ze sobą w kierunku obrotu namagnesowane magnesy trwałe i odcinki materiału przewodzącego magnetycznie, magnesy trwałe są wykonane z materiału o właściwościach magnetycznych przepuszczalność zbliżona do przepuszczalności powietrza, magnesy trwałe, mierzone w kierunku obrotu, zwiększają szerokość powierzchni wraz ze wzrostem odległości od powierzchni czynnej, a sekcje przewodzące magnetycznie mają szerokość malejącą wraz ze wzrostem odległości od powierzchni czynnej , sekcje przewodzące magnetycznie mają powierzchnię, przez którą wychodzi strumień magnetyczny i która jest zwrócona do powierzchni czynnej, i jest mniejsza niż suma powierzchni Przekrój strumienia magnetycznego obu sąsiadujących z nim magnesów trwałych, w wyniku czego strumień magnetyczny magnesów trwałych jest skoncentrowany na aktywnej powierzchni bieguna stojana, mierzone w kierunku obrotu mają prawie taką samą szerokość jak powierzchnia sekcji magnetyczno-przewodzących, przez które wychodzi strumień magnetyczny (patent RF nr 2141716, IPC H02K 21/12, opublikowany 11/20/191).

Znany generator synchroniczny zawierający wielobiegunowy twornik mający n biegunów (n jest liczbą całkowitą) z uzwojeniami oraz układ wzbudzenia utworzony przez wiele magnesów trwałych. W tym przypadku magnesy trwałe mają bieguny (n-1) do wytworzenia wzbudzającego pola magnetycznego podczas obrotu względem twornika, a magnesy trwałe są namagnesowane wzdłuż kierunku obrotu, a bieguny są wykonane ze skosem w stosunku do rotacja układu wzbudzenia (patent RF nr 2069441, IPC H02K 21/22, opublikowany 11.20.1996).

Powszechną wadą tych generatorów synchronicznych jest ograniczona funkcjonalność stabilizacji wraz ze wzrostem obciążenia napięcia wyjściowego i mocy czynnej, w zależności od wielkości całkowitego strumienia magnetycznego. Jednocześnie w konstrukcji tych generatorów nie ma elementów pozwalających na szybką zmianę wartości całkowitego strumienia magnetycznego wytworzonego przez poszczególne magnesy trwałe pierścieniowej wkładki magnetycznej.

Najbliższym analogiem (prototypem) wynalazku jest generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi, 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 występy biegunowe z wielofazowym uzwojeniem twornika stojana, osadzone na wale nośnym z możliwością obrotu w łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana; Zespół łożyskowy stojana zbudowany jest z grupy identycznych modułów z pierścieniowym obwodem magnetycznym i pierścieniowym wirnikiem osadzonym na jednym wale nośnym, natomiast moduły zespołu nośnego stojana montowane są z możliwością ich obrotu względem siebie wokół osi współosiowe z wałem nośnym i są wyposażone w napęd kinematycznie powiązany z nimi ich kątowy obrót względem siebie, a tak samo nazwane fazy uzwojeń twornika w modułach jednostki nośnej stojana są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy uzwojenie twornika stojana (patent RF nr

Wadą znanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych jest konieczność zastosowania grupy modułów, co prowadzi do bardziej złożonej konstrukcji, wzrostu masy i gabarytów generatora. To z kolei prowadzi do spadku wydajności generatora.

Dodatkowo, podobnie jak we wspomnianych analogach, w znanym generatorze nie ma elementów pozwalających na szybką zmianę wartości całkowitego strumienia magnetycznego poszczególnych magnesów trwałych tworzących pierścieniową wkładkę magnetyczną.

Celem niniejszego wynalazku jest uproszczenie konstrukcji i rozszerzenie funkcjonalności generatora synchronicznego poprzez dostarczanie energii elektrycznej do szerokiej gamy odbiorników prądu zmiennego wielofazowego o różnych parametrach napięcia zasilania.

REZULTAT: stabilizacja napięcia wyjściowego i mocy czynnej dzięki wprowadzeniu do konstrukcji generatora synchronicznego elementów elastycznych.

Efekt techniczny uzyskuje się dzięki temu, że w generatorze synchronicznym wzbudzanym z magnesów trwałych, zawierającym zespół łożyskowy stojana z łożyskami, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażonym w cewki elektryczne umieszczone na biegunie występy z wielofazowym uzwojeniem stojana twornika, osadzone na wale nośnym z możliwością obrotu w łożyskach podporowych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana, wkładka wykonana w postaci dwóch identycznych pierścieni, które mogą poruszać się w kierunku osiowym, natomiast pomiędzy pierścieniami znajduje się elastyczny element.

Gdy zmienia się obciążenie generatora, zmienia się prąd przepływający przez uzwojenie twornika stojana i zmienia się siła przyciągania działająca na wkładki magnetyczne. Te ostatnie do pewnego stopnia są wciągane w szczelinę powietrzną, ściskając element elastyczny, zwiększając lub zmniejszając w ten sposób całkowity strumień magnetyczny. Dzięki temu napięcie i moc czynna na zaciskach uzwojenia stojana generatora są stabilizowane.

Elastyczny element może być integralny w postaci falistej elastycznej podkładki lub kompozytu w postaci oddzielnych sprężyn.

Podany jako przykład element elastyczny wykonany jest w postaci sprężyn.

Istotę wynalazku ilustruje rysunek.

Na RYS. 1 przedstawia widok ogólny proponowanego generatora synchronicznego z wzbudzeniem od magnesów trwałych w przekroju podłużnym, z wkładkami magnetycznymi w położeniu spoczynkowym.

Na RYS. 2 przedstawia widok, gdy wkładki magnetyczne znajdują się w pozycji roboczej.

Na obu figurach element elastyczny wykonany jest w postaci sprężyn.

Generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi zawiera wewnętrzną obudowę 1 stojana, na której osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny 2 (np. w postaci monolitycznego dysku wykonanego z kompozytu proszkowego twardego materiału magnetycznego) z występami biegunowymi wzdłuż obwodu , wyposażone w cewki elektryczne (sekcje) 3 umieszczone na nich, wielofazowe (np. trójfazowe, a w przypadek ogólny n-fazowe) uzwojenia twornika stojana. Na wale 4 z możliwością obrotu na łożyskach 5, 6 wokół zespołu łożyskowego stojana zamontowany jest wirnik pierścieniowy 7 z pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 8 zamontowanymi na wewnętrznej ściance bocznej (np. w postaci monolitycznej magnetycznej pierścienie wykonane ze sproszkowanego materiału magnetoanizotropowego) z pierścieniami magnetycznymi przemiennymi w kierunku obwodowym bieguny z par p i wykonane w postaci identycznych pierścieni z możliwością ruchu w rowkach 9 w kierunku osi obrotu, z wyłączeniem ich obrót względem pierścieniowego wirnika 7, oddzielony elastycznym elementem 10, na przykład sprężynami naciskowymi. I przykrycie półek biegunowych uzwojeniem kotwicy pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana. Wirnik pierścieniowy 7 zawiera pierścieniowe wkładki magnetyczne 8, element elastyczny 10 i pierścień oporowy 11. Stojan zawiera pierścieniowy obwód magnetyczny 2, cewki uzwojenia twornika 3, obudowę wewnętrzną 1 i obudowę zewnętrzną 12 z otworami środkowymi 13 na końcu . Wewnętrzna obudowa 1 zespołu łożyskowego stojana jest powiązana z wewnętrzną cylindryczną ścianką boczną z łożyskiem 5, a zewnętrzna obudowa 12 z łożyskiem 6. Pierścieniowy wirnik 7 jest połączony z wałem 4. Pierścieniowy obwód magnetyczny 2 (z uzwojeniami 3) stojana jest zamontowany na określonej obudowie wewnętrznej 1, która jest sztywno przymocowana do obudowy zewnętrznej 12, a wraz z nią tworzy pierścieniową wnękę 14. Wentylator 15 do chłodzenia uzwojeń twornika stojana jest znajduje się na końcu wału 4. Na obudowie zewnętrznej jest zainstalowana obudowa 16. Fazy (A, B, C) uzwojenia twornika 3 na pierścieniowym obwodzie magnetycznym 2 stojana są połączone w obwód elektryczny.

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

Z napędu, na przykład, z silnika spalinowego, poprzez koło pasowe z paskiem klinowym (nie pokazano), ruch obrotowy jest przenoszony na wał 4 z pierścieniowym wirnikiem 7. Gdy pierścieniowy wirnik 7 obraca się z pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 8, powstaje wirujący strumień magnetyczny, który przenika przez powietrzną szczelinę pierścieniową pomiędzy pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 8 a pierścieniowym obwodem magnetycznym 2 stojana, jak również przez promieniowe występy biegunów (nie pokazane na rysunku) pierścieniowego obwodu magnetycznego 2 stojana. Gdy wirnik pierścieniowy 7 obraca się, naprzemienne przejście naprzemiennych biegunów magnetycznych „północnego” i „południowego” pierścieniowych wkładek magnetycznych 8 nad występami biegunów promieniowych pierścieniowego obwodu magnetycznego 2 stojana jest również wykonywane, powodując obrót strumienia magnetycznego zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku w występach biegunów promieniowych pierścieniowego obwodu magnetycznego 2. W tym przypadku sinusoidalna siła elektromotoryczna (EMF) jest indukowana w uzwojeniu twornika 3 stojana z przesunięciem fazowym między sobą przez kąt 120 stopni i z częstotliwością równą iloczynowi liczby par (p) biegunów magnetycznych w pierścieniowej wkładce magnetycznej 8 przez prędkość obrotową wirnika pierścieniowego 7 Płynący prąd przemienny (np. trójfazowy) poprzez uzwojenie twornika stojana 3 jest doprowadzane do wyjściowych złączy zasilania elektrycznego (nie pokazane na rysunku) do podłączenia odbiorników energii elektrycznej prądu przemiennego.

Wraz ze wzrostem obciążenia generatora prąd płynący przez uzwojenie twornika stojana 3 wzrasta, a jednocześnie wzrasta siła przyciągania działająca na pierścieniowe wkładki magnetyczne 8. Te ostatnie są wciągane do szczeliny powietrznej, ściskając element elastyczny 10, zwiększając strumień magnetyczny pierścieniowych wkładek magnetycznych 8. Z tego powodu napięcie na zaciskach uzwojenia 3 stojana generatora jest stabilizowane. Wykonanie stojana z określonym pierścieniowym obwodem magnetycznym 2 i pierścieniowym wirnikiem 7, zamontowanym na jednym wale 4, a także pierścieniowym wirnikiem z możliwością wciągnięcia pierścieniowych wkładek magnetycznych 8 w szczelinę powietrzną, pozwalają na stabilizację napięcie wyjściowe i moc czynna generatora synchronicznego w określonych granicach.

Tak więc proponowana rozwiązanie techniczne pozwala zapewnić stabilizację zarówno napięcia wyjściowego, jak i mocy czynnej przy zmianach obciążenia elektrycznego generatora.

Proponowany generator synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów trwałych może być stosowany przy odpowiednim przełączaniu uzwojeń twornika stojana do zasilania w energię elektryczną szerokiej gamy odbiorników przemiennego wielofazowego prądu elektrycznego o różnych parametrach napięcia zasilania.

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 cewki elektryczne umieszczone na występach biegunowych, z wielofazowym twornikiem stojana uzwojenie, zamontowane na wale nośnym z możliwością obrotu w łożyskach nośnych wokół obwodu magnetycznego pierścieniowego 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 obwodu magnetycznego pierścieniowego stojana, charakteryzujące się tym, że wkładka magnetyczna wykonana jest w postaci dwóch identycznych pierścieni posiadających możliwość ruchu w kierunku osiowym, a pomiędzy nimi umieszczony jest element sprężysty. pierścienie.

Podobne patenty:

Niniejszy wynalazek dotyczy samochód elektryczny(1) dla pojazdów hybrydowych lub elektrycznych. Maszyna zawiera wirnik zewnętrzny, stojan (2) umieszczony wewnątrz wirnika (3), wirnik zawiera element łożyskowy (4) wirnika, płyty wirnika (5) i magnesy trwałe (6), element łożyskowy (4 ) wirnika zawiera pierwszą, wystającą promieniowo część (7) elementu łożyskowego i przechodzącą w kierunku osiowym drugą część (8) elementu łożyskowego, która jest z nim połączona, druga część (8) łożyska element nosi tarcze wirnika (5) i magnesy stałe (6), a stojan (2) posiada płyty stojana (9) i uzwojenia (10), uzwojenia tworzą głowice uzwojeń (11, 12), które przechodzą osiowo po obu stronach powyżej płyty stojana (9) mają również koło wirnikowe (14), które jest połączone z elementem nośnym (4) wirnika.

Alternator synchroniczny trójfazowy bez sklejania magnetycznego, wzbudzany magnesami neodymowymi trwałymi, 12 par biegunów.

Bardzo dawno temu w czasy sowieckie w czasopiśmie „Modelist Constructor” ukazał się artykuł poświęcony budowie wiatraka obrotowego. Od tego czasu miałem ochotę zbudować coś podobnego na moim strefa podmiejska, ale sprawa nigdy nie doszła do skutku. Wszystko zmieniło się wraz z pojawieniem się magnesów neodymowych. Zebrałem mnóstwo informacji w Internecie i tak się stało.
Urządzenie generatora: Dwa stalowy dysk ze stali niskowęglowej z przyklejonymi magnesami są sztywno połączone ze sobą za pomocą tulei dystansowej. W szczelinie między dyskami zamocowane są płaskie cewki bez rdzeni. EMF indukcji powstające w połówkach cewki jest przeciwne w kierunku i zsumowane w całkowitej EMF cewki. Indukcyjna siła elektromotoryczna powstająca w przewodniku poruszającym się w stałym jednolitym polu magnetycznym jest określona wzorem E=B V L gdzie: B-Indukcja magnetyczna V- prędkość ruchu L- aktywna długość przewodu. V=π D N/60 gdzie: D-średnica N-prędkość obrotowa. Indukcja magnetyczna w szczelinie między dwoma biegunami jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Generator montowany jest na dolnym wsporniku turbiny wiatrowej.

Schemat generatora trójfazowego, dla uproszczenia, jest rozmieszczony na samolocie.

Na ryc. 2 pokazuje układ cewek, gdy ich liczba jest dwukrotnie większa, chociaż w tym przypadku również zwiększa się szczelina między biegunami. Cewki zachodzą na 1/3 szerokości magnesu. Jeśli szerokość cewek zostanie zmniejszona o 1/6, to będą one stać w jednym rzędzie i odstęp między biegunami się nie zmieni. Maksymalna szczelina między biegunami jest równa wysokości jednego magnesu.

Z historii wydania. Do tej pory w mojej pracy pojawiło się pytanie o udział w projekcie wprowadzenia naszego małego pokolenia w przedsiębiorstwie. Wcześniej było doświadczenie z synchronicznymi silnikami elektrycznymi, przy minimalnym doświadczeniu z generatorami.

Biorąc pod uwagę propozycje różnych producentów w jednym z nich odkrył sposób wzbudzenia generatora synchronicznego za pomocą podwzbudnicy opartej na generatorze z magnesami trwałymi (PMG). Wspomnę, że układ wzbudzenia generatora ma być bezszczotkowy. Przykład silniki synchroniczne Opisałem wcześniej.

I tak z opisu generatora (PMG) na magnesach trwałych jako podwzbudnicy uzwojenia wzbudzenia wzbudnicy generatora wynika:

1. Wymiennik ciepła powietrze-woda. 2. Generator z magnesami trwałymi. 3. Urządzenie wzbudzające. 4. Prostownik. 5. Wentylator promieniowy. 6. Kanał powietrzny.

W tym przypadku układ wzbudzenia składa się z uzwojeń pomocniczych lub generatora z magnesami trwałymi, automatycznego regulatora napięcia (AVR), przekładników prądowych i przekładników napięciowych do wykrywania prądu i napięcia, wbudowanej wzbudnicy i prostownika obrotowego. Standardowo turbogeneratory są wyposażone w cyfrowy AVR zapewniający kontrolę współczynnika mocy (PF) oraz różne funkcje monitorowania i ochrony (ograniczenie wzbudzenia, wykrywanie przeciążenia, redundancja itp.). DC wzbudzenie pochodzące z AVR jest wzmacniane przez obracający się wzbudnik, a następnie prostowane przez obracający się prostownik. Prostownik obrotowy składa się z diod i stabilizatorów napięcia.

Schematyczne przedstawienie układu wzbudzenia turbogeneratora z wykorzystaniem PMG:

Rozwiązanie wykorzystujące generator z magnesami trwałymi (PMG) na wale głównym z wirnikiem generatora i wzbudnicą bezszczotkową:

Właściwie w tej chwili nie mogę mówić o zaletach tej metody regulacji wzbudzenia. Myślę, że wraz z czasem zdobywania informacji i doświadczenia podzielę się z Wami moimi doświadczeniami w korzystaniu z PMG.

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 stałym 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, zamontowanych 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 podobnego typu, o tych samych wskaźnikach 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.

Znany generator prądu synchronicznego z wzbudzeniem z magnesów trwałych, wykonanych zgodnie z typem końcówki, zawierających stojan, składający się z dwóch części z pierścieniowymi rdzeniami magnetycznymi usytuowanymi 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 krańcowa, wzbudzana magnesami trwałymi, zawierająca dwa wirniki z magnesami trwałymi, a pomiędzy nimi stojan 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, a w konsekwencji do wzrostu strat i odpowiednio do zmniejszenia sprawność generatora. Wirniki tarczowe są połączone ze sobą pinami zasilającymi, co zmniejsza sztywność i niezawodność konstrukcji.

Rezultatem technicznym proponowanego rozwiązania, jako wzoru użytkowego, 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 końcowego prądnicy synchronicznej przy wzbudzeniu z magnesów trwałych i pozwala na wykonanie prądnicy z odpowiednio dużym średnica wewnętrzna i zewnętrzna. 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 nieruchomym 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 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 są wykonane 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.

Końcowa prądnica synchroniczna 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 stałe przymocowane są magnesy tarcz wirnika, a na tarczy stojana – cewki tworzące jego uzwojenie pierścieniowe z końcami wyprowadzonymi przez otwór osiowy w wale, charakteryzujący się tym, że obudowa składa się z dwóch tarcz – przedniej i tylnej , osadzony 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 każda łopatka jest osadzona w szczelina technologiczna między cewkami elektrycznymi.