Generator sincron cu magnet permanent fără perii. Mașini sincrone cu magnet permanent Generator sincron magnetic magnetic de curent alternativ

Din istoria problemei. Până în prezent, în activitatea mea, a apărut întrebarea despre participarea la proiectul de introducere a propriei mele generații mici la întreprindere. Anterior, am avut experiență cu motoare electrice sincrone, cu generatoare, experiența este minimă.

Având în vedere propunerile diferiților producători într-unul dintre aceștia, am descoperit o modalitate de a excita un generator sincron folosind un excitator bazat pe un generator cu magnet permanent (PMG). Voi menționa că sistemul de excitație al generatorului este planificat să fie fără perii. Exemplu motoare sincrone Am descris mai devreme.

Deci, din descrierea generatorului (PMG) cu magneți permanenți ca excitator al înfășurării de excitație a excitatorului generatorului urmează:

1. Schimbător de căldură de tip „aer-apă”. 2. Generator de magnet permanent. 3. Dispozitiv de excitație. 4. Redresor. 5. Ventilator radial. 6. Canal de aer.

În acest caz, sistemul de excitație constă din înfășurări auxiliare sau un generator de magnet permanent, un regulator automat de tensiune (AVR), CT și VT pentru detectarea curentului și tensiunii, un excitator încorporat și un redresor rotativ. În mod standard, generatoarele de turbină sunt echipate cu un AVR digital care asigură reglarea PF (factor de putere) și diverse funcții de monitorizare și protecție (limitarea excitației, detectarea supraîncărcării, redundanță etc.). Curentul de câmp DC de la AVR este amplificat de excitatorul rotativ și apoi rectificat de redresorul rotativ. Redresorul rotativ este format din diode și stabilizatori de tensiune.

Reprezentarea schematică a unui sistem de excitație a generatorului de turbină folosind PMG:

Soluție cu un generator de magnet permanent (PMG) pe arborele principal cu rotorul generatorului și excitatorul fără perii:

De fapt, în acest moment nu este posibil pentru mine să vorbesc despre avantajele acestei metode de reglare a excitării. Cred că, odată cu colectarea de informații și experiență, vă voi împărtăși experiența mea de utilizare a PMG.

Modelul de utilitate se referă la ingineria electrică, și anume la mașinile electrice, și se referă la îmbunătățirea proiectării generatoarelor sincrone de tip final, care pot fi utilizate în principal pentru generarea de energie electrică în centralele eoliene. Proiectarea generatorului conține o carcasă în care sunt plasate elemente alternative ale sistemului electromagnetic (rotor-stator-rotor), realizate sub formă de discuri montate pe un arbore staționar, unde discul statorului este conectat rigid la acesta din urmă, magneții permanenți sunt fixat pe discurile rotorului și pe discul stator - bobine care formează înfășurarea inelară cu ieșirea capetelor sale printr-o gaură axială din arbore, unde corpul este format din două scuturi - față și spate, montate pe arbore în lagăre, scutul frontal are un arbore de acoperire, discurile rotorului sunt fixate pe scuturile de mai sus, discul stator fixat pe arbore prin legături cu mai multe lame pe ambele părți, unde fiecare lamă este situată în decalajul tehnologic dintre bobinele electrice. Avantajele acestui generator sunt: mai mici, în comparație cu mașinile cunoscute de un tip similar cu aceeași putere, greutate și dimensiuni; fiabilitatea operațională; ușurința de fabricare; Eficiență ridicată; fabricabilitatea asamblării și demontării generatorului și mentenabilitatea acestuia; capacitatea de a efectua orice dimensiuni prin atașarea miezului statorului la arborele staționar cu legături cu mai multe lame pe ambele părți.

Cunoscut generator sincron cu excitație de la magneți permanenți, realizată după tipul de capăt, conținând un stator, format din două părți cu circuite magnetice inelare amplasate coaxial și paralele între ele, între care este plasat rotorul.

În proiectarea utilizată, rotorul este realizat sub forma unui disc, pe care sunt fixați magneți permanenți pe ambele părți, drept urmare este posibil ca aceștia să magnetizeze de la o parte la alta, ceea ce duce la o scădere în caracteristicile magneților permanenți și, în consecință, o scădere a eficienței generatorului.

Cel mai apropiat de obiectul revendicat este un generator electric sincron de capăt cu excitație de la magneții permanenți, conținând doi rotori cu magneți permanențiși un stator între ele cu bobine așezate în caneluri radiale situate pe suprafața capătului statorului.

Plasarea bobinelor în caneluri duce la o scădere a spațiului de lucru, ceea ce poate duce la lipirea miezului statorului cu magneți permanenți, ca urmare a căreia generatorul devine

irealizabil. Utilizarea canelurilor duce la apariția componentelor armonice nedorite ale curenților, la inducerea decalajului și, în consecință, la o creștere a pierderilor și, în consecință, la o scădere a Eficiența generatorului... Rotoarele de disc sunt interconectate prin pini de putere, ceea ce reduce rigiditatea și fiabilitatea structurii.

Rezultatul tehnic al soluției propuse, ca model util, este de a elimina posibila lipire a miezului statorului cu magneți permanenți, ceea ce va asigura funcționarea garantată a generatorului și va reduce pierderile și, în consecință, va crește eficiența datorită utilizării înfășurarea statorului inelar. Acest model are o structură mai rigidă datorită conectării rotoarelor între ele prin atașarea lor la carcasa generatorului, ceea ce crește fiabilitatea acestuia. Miezul statorului este fixat pe un arbore staționar prin legături cu mai multe lame pe ambele părți, ceea ce duce la o scădere a greutății și a dimensiunilor generatorului electric sincron de capăt cu excitație de la magneții permanenți și face posibilă realizarea unui generator cu diametre interioare și exterioare. Modelul propus face posibilă asigurarea fabricabilității asamblării și demontării generatorului și a întreținerii acestuia.

Modelul de utilitate presupune prezența unei carcase în care sunt amplasate elemente alternative ale sistemului electromagnetic (rotor-stator-rotor), care sunt realizate sub formă de discuri și sunt montate pe un arbore staționar. În acest caz, statorul este conectat rigid la acesta din urmă. Magneții permanenți sunt fixați pe discurile rotorului, iar bobinele sunt fixate pe discul stator, care formează înfășurarea inelară cu ieșirea capetelor sale prin orificiul axial din arbore. Corpul este format din două scuturi - față și spate, montate pe arbore

rulmenți. Scutul frontal are un arbore de acoperire. Discurile rotorului sunt fixate pe ecranele de mai sus, iar discul stator este fixat pe arbore prin legături cu mai multe lame pe ambele părți, unde fiecare lamă este situată în decalajul tehnologic dintre bobinele electrice.

Figura 1 prezintă un generator în secțiune longitudinală; figura 2 - stator (vedere frontală).

Generatorul este format dintr-un stator 1 și doi rotori 2. Miezul statorului este realizat sub forma unui disc obținut prin înfășurarea unei benzi de oțel electric pe o mandrină, al cărei diametru exterior este egal cu diametrul interior al statorului. Miezul este fixat între legăturile multi-lame 3 pe ambele părți. Fiecare lamă este situată în decalajul tehnologic dintre bobinele 4 ale înfășurării inelare. Legăturile multi-lamă sunt înșurubate împreună. Bazele lor sunt realizate sub formă de bucșe, care sunt montate pe un arbore staționar 5. Pentru a evita posibila rotație a statorului, legăturile sunt fixate cu o cheie 6. Pentru a elimina mișcarea axială a statorului, o legătură cu mai multe lame este apăsat pe umărul arborelui, iar celălalt este prins de un manșon de oțel 7 înșurubat pe arbore într-un cerc de trei șuruburi. Arborele are o gaură axială prin care capetele înfășurării sunt aduse în cutia de borne.

Miezurile rotorului sunt realizate din oțel structural, la fel ca miezul statorului, sub formă de discuri, a căror lățime este egală cu lungimea magnetului permanent 8. Magneții permanenți sunt sectoare circulare și sunt lipite de miez. Lățimea magneților este egală cu lățimea bobinelor statorului și este apropiată de valoarea pasului polului. Dimensiunile lor sunt limitate doar de lățimea lamei plasate între bobinele înfășurării statorului. Miezuri atașate

șuruburi înfășurate pe partea interioară a ecranelor de capăt 9 și 10. Utilizarea șuruburilor înfășurate reduce nivelul de zgomot în timpul funcționării generatorului. Scuturile sunt fabricate din aliaj de aluminiu. De asemenea, acestea sunt interconectate prin intermediul șuruburilor înfundate - unul dintre scuturi are locașuri speciale în care sunt presate piulițe de oțel (pentru a întări conexiunea, deoarece aluminiu este un material moale), în care șuruburile sunt deja înșurubate. Ecranele sunt echipate cu rulmenți 11 cu o umplutură permanentă cu grăsime și două scuturi. Ecranul de capăt 9 are un capac de ax 12 din oțel. Îndeplinește două funcții în acest generator: a) închide rulmentul; b) ia rotația unității. Arborele capacului este atașat la ecranul de capăt cu 9 șuruburi din partea sa interioară.

Funcționarea acestui generator se efectuează după cum urmează: acționarea transmite cuplul prin capacul arborelui 12 către întregul corp, ca urmare a căruia rotoarele intră în rotație. Principiul de funcționare al acestui generator este similar cu principiul de funcționare al generatoarelor sincrone cunoscute: atunci când rotoarele 2 se rotesc, câmpul magnetic al magneților permanenți traversează rotațiile înfășurării statorului, schimbându-se atât în valoare absolută, cât și în direcție, și induce o forță electromotivă variabilă în ele. Bobinele de înfășurare sunt conectate în serie în așa fel încât forțele lor electromotoare să se adune. Tensiunea generată este îndepărtată de la capetele de ieșire ale înfășurării, care merg la cutia de borne prin orificiul axial din arborele 5.

Acest design al generatorului permite eliminarea lipirii posibile a miezului statorului cu magneți permanenți și, prin urmare, asigurarea funcționării garantate a generatorului; dă

capacitatea de a reduce pierderile de ondulație și de suprafață din oțel datorită utilizării unui miez fără slot și a unei înfășurări inelare a statorului, ca urmare a eficienței crește. De asemenea, face posibilă creșterea fiabilității generatorului datorită utilizării unei structuri mai rigide (conectarea rotoarelor între ele prin atașarea lor la carcasa generatorului), reducerea greutății și dimensiunilor la aceeași putere și performanța un generator de orice dimensiune prin atașarea miezului statorului la un arbore fix cu legături cu mai multe lame pe ambele părți ... Modelul propus face posibilă asigurarea fabricabilității asamblării și demontării generatorului și a întreținerii acestuia.

Generator electric sincron cu față finală cu excitație de la magneți permanenți, care conține o carcasă în care sunt amplasate elemente alternative ale sistemului electromagnetic (rotor - stator - rotor), realizat sub formă de discuri montate pe un arbore staționar, unde se află discul statorului conectat rigid la aceștia din urmă, magneți permanenți, iar pe discul statorului există bobine care formează înfășurarea inelară cu ieșirea capetelor sale printr-o gaură axială din arbore, caracterizată prin aceea că corpul este format din două scuturi - față și spate, montat pe arbore în lagăre, scutul frontal are un capac pentru arbore, discurile rotorului sunt fixate pe scuturile de mai sus, discul statorului este fixat pe arbore prin legături cu mai multe lame pe ambele părți, unde fiecare lamă este situată în decalajul tehnologic dintre bobinele electrice.

Scopul acestei lucrări este de a clarifica caracteristicile energetice ale generatoarelor cu magnet permanent sincron supragregat și, în special, efectul curentului de sarcină, care creează un câmp demagnetizant (răspunsul armăturii), asupra sarcinii caracteristice acestor generatoare. Au fost testate două generatoare sincrone de discuri de putere și design diferite. Primul generator este un mic generator de disc sincron cu un disc magnetic de 6 "diametru, șase perechi de poli și un disc de înfășurare cu douăsprezece înfășurări. Acest generator este afișat pe un banc de testare (Foto # 1), iar testele sale complete sunt descrise în articolul meu intitulat :, Cercetare experimentală eficienta energetica obținerea energiei electrice din câmpul magnetic al magneților permanenți ”. Al doilea generator este un generator mare de discuri cu două discuri magnetice, de 14 "în diametru, cu cinci perechi de poli și un disc de înfășurare cu zece înfășurări. Acest generator nu a fost încă testat în mod cuprinzător și este prezentat în fotografia nr. 3, o mașină electrică independentă, lângă banca de testare a unui generator mic. Acest generator a fost rotit de un motor DC montat pe corpul său.
Tensiunile de ieșire alternative ale generatoarelor au fost rectificate, netezite de condensatori mari, iar curenții și tensiunile din ambele generatoare au fost măsurate pe curent continuu multimetre digitale tip DT9205A. Pentru un generator mic, măsurătorile au fost efectuate la o frecvență CA standard de 60 Hz, care pentru un generator mic corespundea cu 600 rpm. Pentru un generator mic, măsurătorile au fost, de asemenea, efectuate la un multiplu de 120 Hz, care a corespuns la 1200 rpm. Sarcina pe ambele generatoare a fost pur activă. Într-un mic generator cu un disc magnetic, circuitul magnetic era deschis, iar spațiul de aer dintre rotor și stator era de aproximativ 1 mm. Într-un generator mare cu două discuri magnetice, circuitul magnetic a fost închis și înfășurările au fost plasate într-un spațiu de aer de 12 mm.
Când se descriu procesele fizice în ambii generatori, axioma este că magneții permanenți au un câmp magnetic constant și nu pot fi nici scăzuți, nici crescuți. Acest lucru este important de luat în considerare atunci când se analizează natura caracteristicilor externe ale acestor generatoare. Prin urmare, ca variabilă, vom lua în considerare doar câmpul demagnetizant în schimbare al înfășurărilor de sarcină ale generatoarelor. Caracteristica externă a unui generator mic, la o frecvență de 60 Hz, este prezentată în Fig. 1, care arată, de asemenea, curba puterii de ieșire a generatorului Pgen și curba KPI. Natura curbei caracteristicii externe a generatorului poate fi explicată pe baza următoarelor considerații - dacă magnitudinea câmpului magnetic de pe suprafața polilor magneților este neschimbată, atunci cu distanța față de această suprafață scade , și, fiind în afara corpului magnetului, se poate schimba. La curenți de sarcină reduși, câmpul înfășurărilor de sarcină ale generatorului interacționează cu partea slăbită, împrăștiată a câmpului magneților și îl reduce considerabil. Ca rezultat, câmpul lor total este mult redus, iar tensiunea de ieșire scade brusc de-a lungul unei parabole, deoarece puterea curentului de demagnetizare este proporțională cu pătratul său. Acest lucru este confirmat de imaginea câmpului magnetic al magnetului și a înfășurării, obținută cu ajutorul limelor de fier. Fotografia # 1 arată o imagine a magnetului în sine și se vede clar că liniile de forță ale câmpului sunt concentrate la poli, sub formă de bulgări de rumeguș. Mai aproape de centrul magnetului, unde câmpul este în general zero, câmpul slăbește foarte mult, astfel încât nici măcar nu poate muta rumegușul. Acest câmp slăbit anulează reacția armăturii de înfășurare, la un curent scăzut de 0,1 A, așa cum se poate vedea în fotografia nr. 2. Cu o creștere suplimentară a curentului de sarcină, câmpurile mai puternice ale magnetului, care sunt mai aproape de polii lor, scad, de asemenea, dar înfășurarea nu poate scădea în continuare, câmpul în creștere al magnetului și curba caracteristicilor externe ale generatorul se îndreaptă treptat și se transformă într-o dependență directă a tensiunii de ieșire a generatorului de curentul de sarcină ... Mai mult, pe această parte liniară a caracteristicii de sarcină, tensiunea sub sarcină scade mai puțin decât pe cea neliniară, iar caracteristica externă devine mai rigidă. Se apropie de caracteristicile unui generator sincron convențional, dar cu o tensiune inițială mai mică. Generatoarele industriale sincrone permit scăderea tensiunii de până la 30% sub sarcina nominală. Să vedem ce procent de cădere de tensiune pentru un generator mic la 600 și 1200 rpm. La 600 rpm, tensiunea sa în circuit deschis a fost de 26 de volți și, sub un curent de sarcină de 4 amperi, a scăzut la 9 volți, adică a scăzut cu 96,4% - aceasta este o cădere de tensiune foarte mare, de peste trei ori mai mare decât norma. La 1200 rpm, tensiunea în circuit deschis a devenit deja 53,5 volți și, sub același curent de sarcină de 4 amperi, a scăzut la 28 de volți, adică a scăzut deja cu 47,2% - acest lucru este deja mai aproape de 30 admisibil %. Cu toate acestea, să luăm în considerare modificările numerice ale rigidității caracteristicilor externe ale acestui generator într-o gamă largă de sarcini. Rigiditatea caracteristicii sarcinii generatorului este determinată de rata de cădere a tensiunii de ieșire sub sarcină, deci o calculăm, pornind de la tensiunea fără sarcină a generatorului. O scădere bruscă și neliniară a acestei tensiuni este observată până la aproximativ un curent de un amper și este mai pronunțată până la un curent de 0,5 amperi. Deci, cu un curent de sarcină de 0,1 ampere, tensiunea este de 23 de volți și scade, în comparație cu tensiunea în circuit deschis de 25 de volți, cu 2 volți, adică rata de cădere a tensiunii este de 20 V / A. Cu un curent de încărcare de 1,0 Ampere, tensiunea este deja de 18 volți și scade cu 7 volți, comparativ cu tensiunea în circuit deschis, adică rata de cădere a tensiunii este deja de 7 V / A, adică a scăzut cu 2,8 ori. Această creștere a rigidității caracteristicii externe continuă cu o creștere suplimentară a sarcinii generatorului. Deci, cu un curent de sarcină de 1,7 amperi, tensiunea scade de la 18 volți la 15,5 volți, adică rata de cădere a tensiunii este deja de 3,57 V / A, iar cu un curent de încărcare de 4 amperi, tensiunea scade de la 15,5 volți la 9 volți, adică rata de cădere a tensiunii scade la 2,8 V / A. Acest proces este însoțit de o creștere constantă a puterii de ieșire a generatorului (Fig. 1), cu o creștere simultană a rigidității caracteristicilor sale externe. O creștere a puterii de ieșire, la aceste 600 rpm, oferă în același timp un KPI generator suficient de ridicat de 3,8 unități. Procese similare au loc la viteza dublă sincronă a generatorului (Fig. 2), de asemenea o scădere puternică în cuadratură a tensiunii de ieșire la curenți de sarcină redusă, cu o creștere suplimentară a rigidității caracteristicilor sale externe cu o creștere a sarcinii, sunt doar în valori numerice. Să luăm doar două cazuri extreme de sarcină a generatorului - curenți minimi și maximi. Deci, cu un curent de sarcină minim de 0,08 A, tensiunea este de 49,4 V și scade, comparativ cu o tensiune de 53,5 V cu 4,1 V. Adică, rata de cădere a tensiunii este de 51,25 V / A și de peste două ori această viteză la 600 rpm. La un curent de încărcare maxim de 3,83 A, tensiunea este deja egală cu 28,4 V și scade, comparativ cu 42 V la un curent de 1,0 A, cu 13,6 V. Adică, rata de cădere a tensiunii a fost de 4,8 V / A și De 1,7 ori această viteză la 600 rpm. Din aceasta putem concluziona că o creștere a vitezei de rotație a generatorului reduce semnificativ rigiditatea caracteristicii sale externe în secțiunea sa inițială, dar nu o reduce semnificativ în secțiunea liniară a caracteristicii sale de încărcare. Este caracteristic faptul că, în același timp, la o încărcare completă a generatorului de 4 Amperi, căderea de tensiune procentuală este astfel mai mică decât la 600 rpm. Acest lucru se datorează faptului că puterea de ieșire a generatorului este proporțională cu pătratul tensiunii generate, adică viteza rotorului, iar puterea curentului de demagnetizare este proporțională cu pătratul curentului de sarcină. Prin urmare, la sarcina maximă nominală a generatorului, puterea de demagnetizare, în raport cu ieșirea, se dovedește a fi mai mică, iar scăderea procentuală de tensiune scade. Principala caracteristică pozitivă a vitezei mai mari de rotație a generatorului mic este creșterea semnificativă a eficienței sale. La 1200 rpm, KPI-ul generatorului a crescut de la 3,8 unități la 600 rpm la 5,08 unități.
Conceptual, generatorul mare are un design diferit bazat pe aplicarea celei de-a doua legi a lui Kirchhoff în circuitele magnetice. Această lege afirmă că, dacă există două sau mai multe surse de MDS (sub formă de magneți permanenți) în circuitul magnetic, atunci aceste MDS sunt însumate algebric în circuitul magnetic. Prin urmare, dacă luăm doi magneți identici și conectăm unul dintre polii lor opuși cu un circuit magnetic, atunci un MDS dublat apare în golul de aer al celorlalți doi poli opuși. Acest principiu este pus în proiectarea unui generator mare. Înfășurările au aceeași formă plană ca în generatorul magenko și sunt plasate în acest spațiu de aer format cu un MDS dublu. Modul în care aceasta a influențat caracteristicile externe ale generatorului a fost demonstrat de testele sale. Testele acestui generator au fost efectuate la o frecvență standard de 50 Hz, care, ca și în cazul generatorului mic, corespunde cu 600 rpm. S-a încercat compararea caracteristicilor externe ale acestor generatoare la aceleași tensiuni fără sarcină. Pentru a face acest lucru, viteza de rotație a generatorului mare a fost redusă la 108 rpm, iar tensiunea sa de ieșire a scăzut la 50 volți, o tensiune apropiată de tensiunea în circuit deschis a unui generator mic la o viteză de 1200 rpm. Caracteristica externă a unui generator mare obținută în acest mod este prezentată în aceeași figură nr. 2, care arată și caracteristica externă a unui generator mic. Compararea acestor caracteristici arată că la o astfel de tensiune de ieșire foarte mică pentru un generator mare, caracteristica sa externă se dovedește a fi foarte moale, chiar în comparație cu caracteristica externă nu atât de dură a unui generator mic. Deoarece ambele generatoare aeriene sunt capabile de auto-rotație, a fost necesar să aflăm ce era necesar pentru aceasta în caracteristicile lor energetice. Prin urmare, un studiu experimental al puterii consumate de motorul electric de acționare a fost efectuat fără consumul de energie liberă de la un generator mare, adică măsurarea pierderilor fără sarcină ale generatorului. Aceste studii au fost efectuate pentru două rapoarte diferite ale angrenajului de reducere între arborele motorului electric și arborele generatorului, cu scopul influenței lor asupra consumului de energie la ralanti al generatorului. Toate aceste măsurători au fost efectuate în intervalul de la 100 la 1000 rpm. S-a măsurat tensiunea de alimentare a motorului electric de acționare, curentul consumat de acesta și s-a calculat puterea de ralanti a generatorului, cu raportul de transmisie al cutiei de viteze egal cu 3,33 și 4,0. Fig. 3 prezintă graficele modificărilor acestor valori. Tensiunea de alimentare a motorului electric de acționare a crescut liniar cu o creștere a rotațiilor la ambele rapoarte de transmisie, iar curentul consumat a avut o ușoară neliniaritate, cauzată de dependența pătratică a componentei de putere electrică de curent. Componenta mecanică a consumului de energie, după cum se știe, este liniar dependentă de viteza de rotație. Se observă că creșterea raportului de transmisie al cutiei de viteze reduce curentul consumat în întreaga gamă de viteze, și mai ales la viteze mari. Și acest lucru afectează în mod natural consumul de energie - această putere scade proporțional cu creșterea raportului de transmisie al cutiei de viteze și, în acest caz, cu aproximativ 20%. Caracteristica externă a generatorului mare a fost înregistrată doar la un raport de transmisie de patru, dar la valori de două rpm - 600 (50 Hz) și 720 (60 Hz). Aceste caracteristici de încărcare sunt prezentate în Fig. 4. Aceste caracteristici, spre deosebire de caracteristicile unui generator mic, sunt liniare în natură, cu o cădere de tensiune foarte mică sub sarcină. Deci, la 600 rpm, tensiunea în circuit deschis de 188 V sub un curent de sarcină de 0,63 A a scăzut cu 1,0 V. La 720 rpm, tensiunea în circuit deschis de 226 V sub un curent de sarcină de 0,76 A a scăzut, de asemenea, cu 1,0 B. Cu o creștere suplimentară a sarcinii generatorului, acest model a persistat și putem presupune că rata de cădere a tensiunii este de aproximativ 1 V per ampere. Dacă calculăm căderea de tensiune procentuală, atunci pentru 600 de rotații a fost de 0,5%, iar pentru 720 de rotații a fost de 0,4%. Această cădere de tensiune se datorează numai căderii de tensiune pe rezistența activă a circuitului de înfășurare a generatorului - înfășurarea în sine, redresorul și firele de conectare și este de aproximativ 1,5 ohmi. În acest caz, efectul demagnetizator al înfășurării generatorului sub sarcină nu s-a manifestat sau s-a manifestat foarte slab la curenți de sarcină mari. Acest lucru se datorează faptului că câmpul magnetic dublat, într-un spațiu de aer atât de îngust, unde se află înfășurarea generatorului, reacția armăturii nu poate fi depășită, iar non-tensiunea este generată în acest câmp magnetic dublat al magneților. Principalul trăsătură distinctivă Caracteristicile externe ale unui generator mare sunt că, chiar și la curenți de sarcină mici, sunt liniari, nu există căderi de tensiune ascuțite, ca la un generator mic, iar acest lucru se datorează faptului că reacția existentă a armăturii nu se poate manifesta, nu poate depăși câmp de magneți permanenți. Prin urmare, următoarele recomandări pot fi făcute pentru dezvoltatorii generatoarelor cu magnet permanent CE:

1. În niciun caz nu utilizați circuite magnetice deschise în ele, acest lucru duce la o disipare puternică și la o subutilizare a câmpului magnetic.
2. Câmpul de împrăștiere este ușor depășit de reacția armăturii, ceea ce duce la o înmuiere ascuțită a caracteristicilor externe ale generatorului și imposibilitatea de a elimina puterea de proiectare din generator.
3. Puteți dubla puterea generatorului, crescând în același timp rigiditatea caracteristicii externe, utilizând doi magneți în circuitul său magnetic și creând un câmp cu dublul MDS.
4. Bobinele cu miez feromagnetic nu ar trebui să fie plasate în acest câmp cu MDS dublat, deoarece acest lucru duce la conexiunea magnetică a doi magneți și la dispariția efectului dublării MDS.
5. Când conduceți generatorul, utilizați raportul de transmisie care va reduce cel mai eficient pierderea de intrare a generatorului la ralanti.
6. Recomand proiectarea discului generatorului, acesta este cel mai mult construcție simplă disponibil acasă.
7. Designul discului permite carcasa și arborele să fie utilizate cu rulmenți de la un motor electric convențional.

Și, în sfârșit, vă doresc perseverență și răbdare în a crea
un adevărat generator.

Titularii brevetului RU 2548662:

Invenția se referă la domeniul electrotehnicii și electrotehnicii, în special la generatoarele sincrone cu excitație de la magneții permanenți. EFECT: stabilizarea tensiunii de ieșire și a puterii active. Generatorul sincron cu excitație de la magneții permanenți conține o unitate purtătoare de stator cu rulmenți de sprijin, pe care este montat un circuit magnetic inelar cu proeminențe polare la periferie. Circuitul magnetic este echipat cu bobine electrice cu o înfășurare a armăturii multifazice a statorului plasat pe proeminențele polului. Rotorul inelar este montat pe arborele de susținere cu posibilitatea de rotație a rulmenților de susținere în jurul circuitului magnetic inelar al statorului. O inserție magnetică inelară este montată pe peretele interior al rotorului cu poli magnetici de perechi p alternând în direcția circumferențială. Insertul magnetic este realizat sub forma a două inele identice care pot fi deplasate în direcția axială. Un element elastic este situat între inele. 2 bolnav.

Invenția se referă la domeniul electrotehnicii și electrotehnicii, în special la generatoarele sincrone cu excitație de la magneții permanenți și poate fi utilizat în surse de alimentare autonome atât cu frecvență industrială standard, cât și cu frecvență crescută, mașini electriceși centrale electrice. În special, generatorul sincron inventiv poate fi utilizat ca sursă de alimentare autonomă în mașini, bărci și alte vehicule.

Generator sincron cunoscut care conține un stator cu un sistem de conductori și un rotor având un sistem de excitație cu magneți permanenți, iar între stator și rotor există o suprafață activă - un spațiu de aer, rotorul este realizat sub forma unui rotor exterior cu o suprafață activă pe partea interioară, rotorul are, dacă priviți direcția mișcării de rotație, alternând unul cu celălalt în direcția de rotație magneți permanenți magnetizați și secțiuni ale unui material conductor magnetic, magneții permanenți sunt fabricați dintr-un material cu o permeabilitate magnetică apropiată de permeabilitatea aerului, magneții permanenți, dacă sunt măsurați în direcția de rotație, cresc odată cu creșterea distanței de la lățimea activă a suprafeței și a secțiunilor conductoare magnetice - lățimea scăzând odată cu creșterea distanței de la suprafață activă, secțiunile magnetice au o suprafață prin care iese fluxul magnetic și care se confruntă cu suprafața activă și este mai mică decât suma suprafețelor secțiune transversală fluxul magnetic al ambilor magneți permanenți adiacenți, în urma căruia fluxul magnetic al magneților permanenți este concentrat pe suprafața activă a polului statorului, dacă este măsurat în direcția de rotație, are aproape aceeași lățime ca suprafața secțiuni conductoare magnetice prin care iese fluxul magnetic (brevetul RF nr. 2141716, IPC Н02K 21/12, publicat la 20.11.1991).

Generator sincron cunoscut care conține o armătură multipolară având n poli (n este un număr întreg) cu înfășurări și un sistem de excitație format dintr-o multitudine de magneți permanenți. În acest caz, magneții permanenți au poli (n-1) pentru a crea un câmp de excitație magnetică atunci când se rotesc în raport cu armătura, iar magneții permanenți sunt magnetizați de-a lungul direcției de rotație, iar polii sunt realizați cu o teșire relativă la rotație a sistemului de excitație (brevetul RF nr. 2069441, IPC Н02K 21/22, publicat la 20 noiembrie 1996).

Un dezavantaj comun al acestor generatoare sincrone este funcționalitatea limitată pentru stabilizare, cu o creștere a sarcinii tensiunii de ieșire și a puterii active, în funcție de magnitudinea fluxului magnetic total. În același timp, în proiectarea acestor generatoare nu există elemente care să vă permită să schimbați rapid valoarea fluxului magnetic total generat de magneții permanenți individuali ai inserției magnetice inelare.

Cel mai apropiat analog (prototip) al invenției este un generator sincron cu excitație de la magneții permanenți, conținând o unitate purtătoare de stator cu rulmenți de susținere, pe care este montat un circuit magnetic inelar cu proeminențe polare, echipat cu bobine electrice plasate pe proeminențe polare cu o înfășurare a armăturii statorului multifazic, montate pe arborele de susținere cu posibilitatea de rotație în lagăre de sprijin în jurul circuitului magnetic al statorului inelar al rotorului inelar montat pe peretele interior al inserției magnetice inelare cu alternarea în direcția circumferențială a polilor magnetici de perechi de p, acoperind proeminențele polului cu bobinele electrice ale înfășurării armăturii circuitului magnetic al statorului inelar. Unitatea purtătorului statorului este alcătuită dintr-un grup de module identice cu un circuit magnetic inelar și un rotor inelar, montat pe un arbore de susținere, în timp ce modulele unității purtătoare statorice sunt instalate cu posibilitatea de a le roti unele față de altele în jurul unei axe coaxiale cu arborele de susținere și echipat cu o inversare unghiulară a unității de acționare conectată cinematic între ele și aceleași faze ale înfășurărilor armăturii din modulele ansamblului rulmentului statorului sunt interconectate, formând fazele comune ale înfășurării armăturii statorului ( Brevetul RF nr. 2273942, IPC Н02K 21/22, Н02K 21/12, publicat la 27 iulie 2006).

Dezavantajul generatorului sincron cunoscut cu excitație de la magneții permanenți este necesitatea de a utiliza un grup de module, ceea ce duce la un design mai complex, o creștere a masei și a dimensiunilor generatorului. La rândul său, acest lucru duce la o scădere a performanței generatorului.

În plus, la fel ca în analogii menționați anterior, generatorului cunoscut îi lipsesc elemente care să permită schimbarea rapidă a fluxului magnetic total al magneților permanenți individuali care formează o inserție magnetică inelară.

Obiectivul prezentei invenții este de a simplifica proiectarea și extinde funcționalitatea generatorului sincron prin furnizarea de energie electrică la o mare varietate de receptoare de curent electric polifazic alternativ cu diferiți parametri ai tensiunii de alimentare.

Rezultatul tehnic este stabilizarea tensiunii de ieșire și a puterii active, datorită introducerii elementelor elastice în structura generatorului sincron.

Rezultatul tehnic este obținut prin faptul că într-un generator sincron cu excitație de la magneții permanenți, care conține un ansamblu de rulmenți statorici cu rulmenți, pe care este montat un circuit magnetic inelar cu proeminențe polare la periferie, echipat cu bobine electrice situate pe pol proeminențe cu o înfășurare a armăturii multifazice a statorului, montat pe arborele de susținere cu posibilitatea de rotație în lagăre de sprijin în jurul circuitului magnetic al statorului inelar, un rotor inelar cu o căptușeală magnetică inelară montată pe peretele interior interior cu poli magnetici de p- perechi alternând în direcția circumferențială, acoperind proeminențele polului cu bobine electrice ale înfășurării armăturii circuitului magnetic al statorului inelar, conform invenției, inel magnetic inserția este realizată sub forma a două inele identice care pot fi deplasate în axial direcție, cu un element elastic situat între inele.

Când se schimbă sarcina generatorului, curentul care curge prin înfășurarea armăturii statorului se schimbă, în timp ce forța de atracție care acționează asupra căptușelilor magnetice se schimbă. Acestea din urmă, într-o oarecare măsură, sunt atrase în golul de aer, comprimând elementul elastic, crescând sau micșorând astfel fluxul magnetic total. Și datorită acestui fapt, tensiunea și puterea activă la bornele înfășurării statorului generatorului sunt stabilizate.

Elementul elastic poate fi dintr-o singură piesă, sub formă de șaibă elastică în formă de undă sau compozit, sub formă de arcuri separate.

Un element rezistent exemplar este sub formă de arcuri.

Esența invenției este ilustrată de desen.

FIG. 1 prezintă o vedere generală a generatorului sincron propus cu excitație de la magneții permanenți în secțiune longitudinală, cu inserții magnetice în poziția inoperantă.

FIG. 2 arată imaginea când căștile magnetice sunt în poziția de lucru.

În ambele figuri, elementul elastic este sub formă de arcuri.

Un generator sincron cu excitație de la magneții permanenți conține o carcasă interioară a statorului 1, pe care este montat un circuit magnetic inelar 2 (de exemplu, sub forma unui disc monolitic realizat dintr-un material compozit sub formă de pulbere dur magnetic) cu proeminențe polare de-a lungul periferiei. , echipat cu bobine electrice (secțiuni) 3 amplasate pe ele, cu multifază (de exemplu, trifazată și in caz general n-fază) înfășurări ale armăturii statorului. Pe arborele 4 cu posibilitatea de rotație pe rulmenții 5, 6 în jurul unității rulmentului statorului, este instalat un rotor inelar 7, cu inserții magnetice inelare 8 montate pe peretele interior interior (de exemplu, sub formă de inele magnetice monolitice realizate din material magnetoanizotrop pulbere) cu poli magnetici alternanți în direcția circumferențială a perechilor de p și realizate sub formă de inele cu același design cu capacitatea de a se deplasa în caneluri 9 în direcția axei de rotație și excluzând rotația acestora relativ la rotorul inelar 7, separat de un element elastic 10, de exemplu prin arcuri de compresie. Și pragurile de acoperire ale stâlpului cu înfășurarea ancorei circuitului magnetic al statorului inelar. Rotorul inelar 7 include căptușeli magnetice inelare 8, un element elastic 10 și un inel de împingere 11. Statorul include un circuit magnetic inelar 2, bobine de înfășurare a ancorei 3, o carcasă interioară 1 și o carcasă exterioară 12 cu găuri centrale 13 la capăt. . Carcasa interioară 1 a unității rulmentului statorului este împerecheată cu peretele său lateral cilindric interior cu rulmentul 5, iar carcasa exterioară 12 cu rulmentul 6. Rotorul inelar 7 este conectat la arborele 4. Circuitul magnetic inelar 2 (cu înfășurările 3) ale statorului sunt montate pe carcasa interioară menționată 1, care este fixată rigid cu carcasa exterioară 12 și împreună cu aceasta din urmă formează o cavitate inelară 14. Ventilatorul 15 pentru răcirea înfășurărilor armăturii statorului este situat la capătul arborele 4. O carcasă 16 este instalată pe carcasa exterioară 16. Fazele (A, B, C) ale înfășurării armăturii 3 de pe circuitul magnetic inelar 2 stator sunt conectate între ele într-un circuit electric.

Un generator sincron cu excitație cu magnet permanent funcționează după cum urmează.

De la acționare, de exemplu de la un motor cu ardere internă, printr-un scripete cu curea trapezoidală (care nu este prezentat în desen), mișcarea de rotație este transmisă arborelui 4 cu un rotor inelar 7. Când rotorul inelar 7 cu căptușeli magnetice inelare 8 se rotește, se creează un flux magnetic rotativ, care pătrunde în spațiul inelar de aer dintre căptușelile magnetice inelare 8 și circuitul magnetic inelar 2 al statorului, precum și proiecțiile străpungătoare ale polului radial (care nu sunt prezentate în desen) ale circuitului magnetic inelar 2 al statorului. Când rotorul inelar 7 se rotește, se efectuează și trecerea alternativă a polilor magnetici alternativi „nord” și „sud” ai căptușelilor magnetice inelare 8 peste proeminențele polului radial ale miezului magnetic inelar 2 al statorului, provocând flux care să se rotească atât în mărime cât și în direcție în proeminențele polului radial ale circuitului magnetic inelar 2. În acest caz, se induce o forță electromotoare sinusoidală (EMF) în înfășurarea armăturii statorului 3 cu o schimbare de fază între ele la un unghi de 120 de grade și cu o frecvență egală cu produsul numărului de perechi (p) de poli magnetici din căptușeala magnetică inelară 8 de viteza de rotație a rotorului inelar 7 Curent alternativ (de exemplu, trifazat), care curge prin înfășurarea armăturii statorului 3, este furnizată la conectorii de putere electrică de ieșire (nu sunt prezentați în desen) pentru a conecta receptoarele de energie electrică de curent alternativ.

Odată cu creșterea sarcinii pe generator, curentul care curge prin înfășurarea armăturii statorului 3 crește, în timp ce forța de atracție care acționează asupra căptușelilor magnetice inelare 8. Acestea din urmă sunt atrase în spațiul de aer, comprimând elementul elastic 10, mărirea fluxului magnetic al căptușelilor magnetice inelare 8. Căci din această cauză, tensiunea la bornele înfășurării 3 a statorului generatorului este stabilizată. Implementarea statorului cu circuitul magnetic inelar 2 indicat și rotorul inelar 7 montat pe același arbore 4, precum și rotorul inelar cu posibilitatea retragerii căptușelilor magnetice inelare 8 în spațiul de aer, permit stabilizarea tensiunii de ieșire și puterea activă a generatorului sincron în limitele specificate.

Astfel, propusul soluție tehnică permite stabilizarea atât a tensiunii de ieșire, cât și a puterii active la schimbarea sarcinii electrice a generatorului.

Generatorul sincron propus cu excitație de la magneții permanenți poate fi utilizat cu comutarea adecvată a înfășurărilor armăturii statorului pentru a furniza energie electrică la o mare varietate de receptoare de curent electric alternativ multifazic cu diferiți parametri ai tensiunii de alimentare.

Un generator sincron cu excitație de la magneți permanenți, care conține o unitate purtătoare de stator cu rulmenți de susținere, pe care este montat un circuit magnetic inelar cu proeminențe polare de-a lungul periferiei, echipat cu bobine electrice situate pe proeminențele polului, cu o înfășurare a armăturii statorului multifazic, montat pe un arbore de susținere cu posibilitatea de rotație în rulmenții de referință în jurul circuitului magnetic al statorului inelar un rotor inelar cu o inserție magnetică inelară montat pe peretele interior interior cu poli magnetici de perechi p alternativ în direcția circumferențială, acoperind pol proeminențe cu bobine electrice ale înfășurării armăturii circuitului magnetic stator inelar, caracterizate prin aceea că inserția magnetică este realizată sub forma a două inele identice care pot fi deplasate în direcția axială, cu un element elastic situat între inele.

Brevete similare:

Prezenta invenție se referă la o mașină electrică (1) pentru vehicule hibride sau electrice. Mașina conține un rotor extern, un stator (2) situat în interiorul rotorului (3), rotorul conține un element portant (4) al rotorului, plăci rotorului (5) și magneți permanenți (6), elementul portant (4) ) rotorului conține prima parte (7) care se extinde radial al elementului de susținere și o a doua parte (8) care se extinde axial (8) a elementului de susținere, care este conectată la acesta, a doua parte (8) a elementului de susținere transportă rotorul plăcile (5) și magneții permanenți (6), iar statorul (2) are plăci statorice (9) și înfășurări (10), înfășurările formează capetele înfășurărilor (11, 12), care se extind în direcția axială pe ambele părți deasupra plăcilor statorice (9) au, de asemenea, o roată rotativă (14), care este conectată la rotorul elementului de rulment (4).

Alternator sincron trifazat fără lipire magnetică cu excitație de la magneți permanenți de neodim, 12 perechi de poli.

Cu mult timp în urmă, înapoi Vremurile sovieticeîn revista „Modelist Konstruktor” a fost publicat un articol dedicat construcției unei turbine eoliene de tip rotativ. De atunci, am avut dorința de a construi așa ceva pe mine căsuță de vară, dar nu a ajuns niciodată la o acțiune reală. Totul s-a schimbat odată cu apariția magneților de neodim. Am colectat o grămadă de informații pe Internet și așa s-a întâmplat.
Dispozitiv generator: Două disc de oțel fabricate din oțel cu emisii reduse de carbon cu magneți lipiți sunt conectate rigid între ele printr-un manșon distanțier. În decalajul dintre discuri, există bobine plate fixe, fără miezuri. CEM de inducție care apare în jumătățile bobinei este opusă în direcție și se rezumă la CEM total al bobinei. CEM de inducție care apare într-un conductor care se deplasează într-un câmp magnetic uniform constant este determinat de formulă E = B V L Unde: B-inducție magnetică V-viteza de miscare L este lungimea activă a conductorului. V = π D N / 60 Unde: D-diametru N-viteza de rotatie. Inducția magnetică din decalajul dintre doi poli este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ei. Generatorul este asamblat pe suportul inferior al turbinei eoliene.

Circuitul unui generator trifazat, pentru simplitate, este desfășurat pe un plan.

În fig. 2 prezintă aspectul bobinelor atunci când numărul acestora este de două ori mai mare, deși în acest caz crește și spațiul dintre poli. Bobinele se suprapun 1/3 din lățimea magnetului. Dacă lățimea bobinelor este redusă cu 1/6, atunci acestea se vor potrivi într-un rând, iar spațiul dintre poli nu se va modifica. Decalajul maxim dintre poli este egal cu înălțimea unui magnet.