เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสของการกระตุ้นตนเองด้วยแม่เหล็ก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสพร้อมแรงกระตุ้นจากแม่เหล็กถาวร หลักการทำงานของอุปกรณ์

เนื้อหา:

ใน สภาพที่ทันสมัยมีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการปรับปรุงอุปกรณ์ไฟฟ้า ลดน้ำหนัก และ ขนาดโดยรวม. หนึ่งในตัวเลือกเหล่านี้คือเครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวรซึ่งค่อนข้างมาก การออกแบบที่เรียบง่ายที่มีประสิทธิภาพสูง หน้าที่หลักขององค์ประกอบเหล่านี้คือการสร้างสนามแม่เหล็กหมุน

ชนิดและคุณสมบัติของแม่เหล็กถาวร

แม่เหล็กถาวรที่ทำจากวัสดุดั้งเดิมเป็นที่รู้จักมาช้านาน เป็นครั้งแรกในอุตสาหกรรมที่มีการใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์ (อัลนิโก) ทำให้สามารถใช้แม่เหล็กถาวรในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ และอุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ได้ แม่เหล็กเฟอร์ไรต์เป็นที่แพร่หลายโดยเฉพาะ

ต่อจากนั้นก็สร้างวัสดุแม่เหล็กแข็งซาแมเรียมโคบอลต์ซึ่งมีพลังงานความหนาแน่นสูง ตามมาด้วยการค้นพบแม่เหล็กจากธาตุหายาก เช่น โบรอน เหล็ก และนีโอไดเมียม ความหนาแน่นของพลังงานแม่เหล็กของพวกมันนั้นสูงกว่าของโลหะผสมซาแมเรียม-โคบอลต์มากโดยมีต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก ทั้งสองแบบ วัสดุเทียมประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนแม่เหล็กไฟฟ้าและใช้ในพื้นที่เฉพาะ ธาตุนีโอไดเมียม เป็นหนึ่งในวัสดุของคนรุ่นใหม่และถือว่าประหยัดที่สุด

หลักการทำงานของอุปกรณ์

ปัญหาการออกแบบหลักคือการส่งคืนชิ้นส่วนที่หมุนไปยังตำแหน่งเดิมโดยไม่สูญเสียแรงบิดอย่างมีนัยสำคัญ ปัญหานี้แก้ไขได้โดยใช้ตัวนำทองแดงผ่านกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดแรงดึงดูด เมื่อกระแสไฟดับ แรงดึงดูดก็หยุดลง ดังนั้นในอุปกรณ์ประเภทนี้จึงใช้การเปิด-ปิดเป็นระยะ

กระแสที่เพิ่มขึ้นจะสร้างแรงดึงดูดที่เพิ่มขึ้น และในทางกลับกันก็มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างกระแสที่ไหลผ่านตัวนำทองแดง อันเป็นผลมาจากการกระทำแบบวัฏจักรอุปกรณ์นอกเหนือจากประสิทธิภาพ งานเครื่องกลเริ่มผลิตกระแสไฟฟ้า กล่าวคือ เพื่อทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

แม่เหล็กถาวรในการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในการออกแบบอุปกรณ์ที่ทันสมัย ​​ยกเว้น แม่เหล็กถาวรใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีในขดลวด ฟังก์ชันกระตุ้นแบบรวมนี้ช่วยให้คุณได้รับคุณลักษณะการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและความเร็วที่จำเป็นด้วยกำลังกระตุ้นที่ลดลง นอกจากนี้ ขนาดของระบบแม่เหล็กทั้งหมดจะลดลง ซึ่งทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวมีราคาถูกกว่ามากเมื่อเทียบกับการออกแบบเครื่องจักรไฟฟ้าแบบคลาสสิก

พลังของอุปกรณ์ที่ใช้องค์ประกอบเหล่านี้สามารถมีได้เพียงไม่กี่กิโลโวลต์แอมแปร์ ปัจจุบันแม่เหล็กถาวรกำลังได้รับการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยให้กำลังเพิ่มขึ้นทีละน้อย คล้ายกัน เครื่องซิงโครนัสไม่เพียงแต่ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นเครื่องยนต์เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเหมืองแร่และโลหะ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน และสาขาอื่นๆ นี่เป็นเพราะความเป็นไปได้ของการทำงานของมอเตอร์ซิงโครนัสที่มีกำลังปฏิกิริยาต่างกัน พวกเขาทำงานด้วยความเร็วที่แม่นยำและคงที่

สถานีและสถานีย่อยทำงานร่วมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสพิเศษ ซึ่งในโหมดว่างจะให้พลังงานปฏิกิริยาเท่านั้น ในทางกลับกัน ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

เครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวรทำงานบนหลักการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ที่กำลังเคลื่อนที่และสเตเตอร์ที่อยู่กับที่ คุณสมบัติที่ไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ขององค์ประกอบเหล่านี้ทำให้สามารถทำงานเกี่ยวกับการประดิษฐ์อุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้ จนถึงการสร้างอุปกรณ์ที่ปราศจากเชื้อเพลิง

สิ่งประดิษฐ์ปัจจุบันเกี่ยวข้องกับสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าคือ brushless เครื่องจักรไฟฟ้า, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรงและสามารถใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใดๆ ที่ต้องการแหล่งพลังงานอิสระ ผลกระทบ: การสร้างขนาดกะทัดรัดที่มีประสิทธิภาพสูง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งช่วยให้ในขณะที่ยังคงรักษาการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายและเชื่อถือได้ ให้แปรผันพารามิเตอร์เอาต์พุตของกระแสไฟฟ้าอย่างกว้างขวางขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน สาระสำคัญของการประดิษฐ์นี้อยู่ในความจริงที่ว่าเครื่องกำเนิดซิงโครนัสแบบไม่มีแปรงที่มีแม่เหล็กถาวรประกอบด้วยหนึ่งส่วนขึ้นไปซึ่งแต่ละส่วนมีโรเตอร์ที่มีแกนแม่เหล็กแบบวงกลมซึ่ง เลขคู่แม่เหล็กถาวร สเตเตอร์ที่บรรทุกแม่เหล็กไฟฟ้ารูปเกือกม้าจำนวนคู่จัดเรียงเป็นคู่ตรงข้ามกัน และมีขดลวดสองเส้นที่มีขดลวดตรงข้ามกันเป็นชุด ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับแก้ไขกระแสไฟฟ้า แม่เหล็กถาวรถูกตรึงบนแกนแม่เหล็กในลักษณะที่ทำให้เป็นแถวคู่ขนานกันสองแถวที่มีขั้วไฟฟ้าสลับตามยาวและตามขวาง แม่เหล็กไฟฟ้าจะวางเรียงตามแถวของขั้วดังกล่าว เพื่อให้แต่ละขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งอยู่เหนือแถวขนานของเสาโรเตอร์ จำนวนขั้วในหนึ่งแถว เท่ากับ n ตรงกับความสัมพันธ์: n=10+4k โดยที่ k เป็นจำนวนเต็มที่รับค่า 0, 1, 2, 3 เป็นต้น จำนวนของแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดมักจะไม่เกินจำนวน (n-2) 12w.p. f-ly, 9 ป่วย

ภาพวาดสิทธิบัตร RF 2303849

การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรไฟฟ้าไร้แปรงถ่าน โดยเฉพาะเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง และสามารถใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใดๆ ที่ต้องใช้แหล่งพลังงานอิสระ

เครื่องซิงโครนัส AC ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในด้านการผลิตและในด้านการใช้พลังงานไฟฟ้า เครื่องซิงโครนัสทั้งหมดมีคุณสมบัติในการย้อนกลับ กล่าวคือ แต่ละเครื่องสามารถทำงานได้ทั้งในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและในโหมดมอเตอร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสประกอบด้วยสเตเตอร์ซึ่งมักจะเป็นทรงกระบอกเคลือบกลวงที่มีร่องตามยาวบนพื้นผิวด้านในซึ่งเป็นที่ตั้งของขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์ซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวรของขั้วไฟฟ้าสลับซึ่งตั้งอยู่บนเพลาที่สามารถขับเคลื่อนได้ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง . ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอุตสาหกรรมกำลังสูง ขดลวดกระตุ้นที่อยู่บนโรเตอร์จะใช้เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่มีกำลังไฟค่อนข้างต่ำจะใช้แม่เหล็กถาวรที่โรเตอร์

ที่ความเร็วคงที่ รูปร่างของเส้นโค้ง EMF ที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยกฎการกระจายของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในช่องว่างระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์เท่านั้น ดังนั้นเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีรูปร่างที่แน่นอนและเพื่อแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงใช้รูปทรงเรขาคณิตของโรเตอร์และสเตเตอร์ที่แตกต่างกันและจำนวนขั้วแม่เหล็กถาวรที่เหมาะสมและจำนวนรอบของสเตเตอร์ เลือกขดลวด (US 5117142, US 5537025, DE 19802784, EP 0926806, WO 02/003527, US 2002153793, US 2004021390, US 2004212273, US 2004155537) พารามิเตอร์ที่แสดงในรายการไม่เป็นสากล แต่ถูกเลือกขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน ซึ่งมักจะนำไปสู่การเสื่อมสภาพในลักษณะอื่นๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นอกจากนี้ รูปร่างที่ซับซ้อนของโรเตอร์หรือสเตเตอร์ยังทำให้การผลิตและการประกอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซับซ้อนขึ้น ส่งผลให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตอิเล็กทริกแบบซิงโครนัสอาจมี รูปร่างที่แตกต่างตัวอย่างเช่น เมื่อ พลังงานต่ำโรเตอร์มักจะทำในรูปของ "ดอกจัน" โดยมีกำลังเฉลี่ย โดยมีเสารูปกรงเล็บและแม่เหล็กถาวรทรงกระบอก โรเตอร์แบบกรงเล็บช่วยให้ได้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการกระจายของขั้ว ซึ่งจำกัดกระแสไฟกระชากในกรณีที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าลัดวงจรอย่างกะทันหัน

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีแม่เหล็กถาวร เป็นการยากที่จะรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าเมื่อโหลดมีการเปลี่ยนแปลง (เนื่องจากไม่มีการป้อนกลับทางแม่เหล็ก เช่น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขดลวดกระตุ้น) เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟขาออกและแก้ไขกระแสไฟ วงจรไฟฟ้าต่างๆ จะถูกใช้ (GB 1146033)

สิ่งประดิษฐ์ในปัจจุบันมุ่งไปที่การสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัด ซึ่งช่วยให้ในขณะที่รักษาการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายและเชื่อถือได้ สามารถปรับพารามิเตอร์เอาท์พุตของกระแสไฟฟ้าในวงกว้างโดยขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นตามการประดิษฐ์ปัจจุบันคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบไม่มีแปรงถ่าน ประกอบด้วยหนึ่งส่วนขึ้นไป ซึ่งแต่ละส่วนประกอบด้วย:

โรเตอร์ที่มีวงจรแม่เหล็กแบบวงกลมซึ่งมีแม่เหล็กถาวรจำนวนเท่าๆ กันได้รับการแก้ไขด้วยระยะพิทช์เท่ากัน

สเตเตอร์ที่มีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปเกือกม้า (รูปตัวยู) จำนวนเท่ากันจัดเรียงเป็นคู่ตรงข้ามกันและมีขดลวดสองอันแต่ละอันมีทิศทางคดเคี้ยวตรงกันข้ามตามลำดับ

อุปกรณ์สำหรับแก้ไขกระแสไฟฟ้า

แม่เหล็กถาวรถูกตรึงบนแกนแม่เหล็กในลักษณะที่ทำให้เป็นแถวคู่ขนานกันสองแถวที่มีขั้วไฟฟ้าสลับตามยาวและตามขวาง แม่เหล็กไฟฟ้าจะวางเรียงตามแถวของขั้วดังกล่าว เพื่อให้แต่ละขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งอยู่เหนือแถวขนานของเสาโรเตอร์ จำนวนขั้วในหนึ่งแถว เท่ากับ n ตรงกับความสัมพันธ์: n=10+4k โดยที่ k เป็นจำนวนเต็มที่รับค่า 0, 1, 2, 3 เป็นต้น จำนวนแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดมักจะไม่เกินจำนวน n-2

อุปกรณ์สำหรับแก้ไขกระแสมักจะเป็นหนึ่งในวงจรเรียงกระแสมาตรฐานที่สร้างจากไดโอด: คลื่นเต็มที่มีจุดกึ่งกลางหรือสะพานที่เชื่อมต่อกับขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละตัว หากจำเป็น สามารถใช้วงจรการแก้ไขอื่นได้

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรเตอร์สามารถอยู่ได้ทั้งที่ด้านนอกของสเตเตอร์และภายในสเตเตอร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นตามการประดิษฐ์นี้อาจมีส่วนที่เหมือนกันหลายส่วน จำนวนส่วนดังกล่าวขึ้นอยู่กับกำลังของแหล่งพลังงานกล (มอเตอร์ขับเคลื่อน) และพารามิเตอร์ที่จำเป็นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนต่าง ๆ จะไม่สัมพันธ์กัน ซึ่งสามารถทำได้ ตัวอย่างเช่น โดยเริ่มแรกขยับโรเตอร์ในส่วนที่อยู่ติดกันด้วยมุม α ตั้งแต่ 0° ถึง 360°/n หรือการเลื่อนเชิงมุมของแม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์ในส่วนที่อยู่ติดกันซึ่งสัมพันธ์กัน นอกจากนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังมีหน่วยควบคุมแรงดันไฟฟ้าด้วย

สาระสำคัญของการประดิษฐ์นี้แสดงให้เห็นโดยภาพวาดต่อไปนี้:

รูปที่ 1(a) และ (b) แสดงไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามการประดิษฐ์ปัจจุบัน ซึ่งโรเตอร์ตั้งอยู่ภายในสเตเตอร์

รูปที่ 2 แสดงภาพส่วนหนึ่งของเครื่องกำเนิด

รูปที่ 3 แสดงหลัก แผนภูมิวงจรรวมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีวงจรการแก้ไขจุดกึ่งกลางคลื่นเต็ม

รูปที่ 4 แสดงแผนภาพวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีวงจรการแก้ไขสะพานวงจรใดวงจรหนึ่ง

รูปที่ 5 เป็นแผนผังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีวงจรบริดจ์การแก้ไขอื่น

รูปที่ 6 เป็นแผนผังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีวงจรบริดจ์วงจรเรียงกระแสอื่น

รูปที่ 7 เป็นแผนผังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีวงจรบริดจ์การแก้ไขอื่น

รูปที่ 8 แสดงไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีโรเตอร์ภายนอก

รูปที่ 9 เป็นรูปภาพของเครื่องกำเนิดแบบหลายส่วนที่สร้างขึ้นตามการประดิษฐ์นี้

รูปที่ 1(a) และ (b) แสดงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งทำขึ้นตามการประดิษฐ์นี้ ซึ่งรวมถึงตัวเรือน 1 โรเตอร์ 2 ที่มีวงจรแม่เหล็กแบบวงกลม 3 ซึ่งมีแม่เหล็กถาวร 4 จำนวนเท่ากันโดยมีระยะห่างเท่ากัน สเตเตอร์ 5 ที่มีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปเกือกม้าจำนวนคู่ 6 ตัวเรียงกันเป็นคู่ตรงข้ามกัน และวิธีการแก้ไขกระแส (ไม่แสดง)

ร่างกาย 1 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามักจะหล่อจากโลหะผสมอลูมิเนียมหรือเหล็กหล่อหรือทำเป็นรอย การติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ณ สถานที่ติดตั้งนั้นดำเนินการโดยใช้อุ้งเท้า 7 หรือโดยใช้หน้าแปลน สเตเตอร์ 5 มีรูปทรงกระบอก พื้นผิวด้านในซึ่งแม่เหล็กไฟฟ้า 6 ตัวที่เหมือนกันมีระยะห่างเท่ากัน ในกรณีนี้ สิบ แม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้แต่ละตัวมีขดลวด 8 สองตัวที่มีขดลวดเป็นอนุกรมในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งอยู่บนแกนรูปตัวยู 9 ส่วนประกอบหลักที่ 9 ประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าที่สับด้วยกาวหรือหมุดย้ำ ข้อสรุปของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านหนึ่งในวงจรเรียงกระแส (ไม่แสดง) เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเครื่องกำเนิด

โรเตอร์ 3 แยกออกจากสเตเตอร์ด้วยช่องว่างอากาศและมีแม่เหล็กถาวร 4 ตัวเรียงกันเป็นจำนวนคู่จนเกิดเป็นแถวคู่ขนานกันสองแถว โดยห่างจากแกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่ากัน และมีการสลับขั้วในทิศทางตามยาวและตามขวาง (รูปที่ 2). จำนวนขั้วในหนึ่งแถวเป็นไปตามความสัมพันธ์: n=10+4k โดยที่ k เป็นจำนวนเต็มที่รับค่า 0, 1, 2, 3 เป็นต้น ในกรณีนี้ (รูปที่ 1) n=14 (k=1) และด้วยเหตุนี้ จำนวนขั้วแม่เหล็กถาวรทั้งหมดคือ 28 เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละขดลวดจะผ่านแถวที่สอดคล้องกันของขั้วไฟฟ้าสลับกัน แม่เหล็กถาวรและแกนแม่เหล็กไฟฟ้ามีรูปทรงเพื่อลดการสูญเสียและเพื่อให้เกิดความสม่ำเสมอ (เท่าที่เป็นไปได้) ของสนามแม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามการประดิษฐ์ปัจจุบันคล้ายกับหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแบบดั้งเดิม เพลาโรเตอร์เชื่อมต่อทางกลไกกับมอเตอร์ขับเคลื่อน (แหล่งพลังงานกล) ภายใต้การกระทำของแรงบิดของมอเตอร์ขับเคลื่อน โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะหมุนที่ความถี่ที่แน่นอน ในกรณีนี้ ในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า ตามปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า EMF จะเหนี่ยวนำให้เกิด เนื่องจากขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าที่แยกจากกันมีทิศทางการม้วนที่แตกต่างกันและอยู่ในโซนการกระทำของขั้วแม่เหล็กต่างๆ เมื่อใดก็ได้ ดังนั้น EMF ที่เหนี่ยวนำในแต่ละขดลวดจึงถูกรวมเข้าด้วยกัน

ในระหว่างการหมุนของโรเตอร์ สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรจะหมุนด้วยความถี่ที่แน่นอน ดังนั้น ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละเส้นจะสลับกันพบว่าตัวเองอยู่ในโซนของขั้วแม่เหล็กเหนือ (N) จากนั้นอยู่ในโซนของ ขั้วแม่เหล็กใต้ (S) ในกรณีนี้ การเปลี่ยนขั้วจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทิศทางของ EMF ในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า

ขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละตัวเชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแสซึ่งมักจะเป็นหนึ่งในวงจรเรียงกระแสมาตรฐานที่สร้างด้วยไดโอด: คลื่นเต็มที่มีจุดกึ่งกลางหรือวงจรบริดจ์ตัวใดตัวหนึ่ง

รูปที่ 3 แสดงแผนภาพวงจรของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นที่มีจุดกึ่งกลางสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีแม่เหล็กไฟฟ้าสามคู่ 10 ในรูปที่ 3 แม่เหล็กไฟฟ้าจะมีหมายเลขตั้งแต่ I ถึง VI หนึ่งในเอาต์พุตของขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละตัวและเอาต์พุตตรงข้ามของขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าฝั่งตรงข้ามเชื่อมต่อกับเอาต์พุต 12 อันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ข้อสรุปอื่น ๆ ของขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีชื่อเชื่อมต่อผ่านไดโอด 11 ไปยังเอาต์พุตอื่น 13 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ด้วยการรวมไดโอดนี้ เอาต์พุต 12 จะเป็นลบ และเอาต์พุต 13 จะเป็นบวก) นั่นคือ ถ้าสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้า I จุดเริ่มต้นของขดลวด (B) เชื่อมต่อกับบัสลบ จากนั้นสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้า IV ฝั่งตรงข้าม จุดสิ้นสุดของขดลวด (E) จะเชื่อมต่อกับบัสลบ เช่นเดียวกับแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ

รูปที่ 4-7 แสดงวงจรบริดจ์วงจรเรียงกระแสแบบต่างๆ การเชื่อมต่อของสะพานที่แก้ไขกระแสจากแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละตัวสามารถเป็นแบบขนาน แบบอนุกรม หรือแบบผสมได้ เลย แบบแผนต่างๆใช้เพื่อแจกจ่ายกระแสไฟขาออกและคุณลักษณะที่อาจเกิดขึ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดียวกันอาจมีรูปแบบการแก้ไขอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับโหมดการทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีสวิตช์เพิ่มเติมที่ช่วยให้คุณสามารถเลือกโหมดการทำงานที่ต้องการได้ (รูปแบบการเชื่อมต่อแบบบริดจ์)

รูปที่ 4 แสดงแผนภาพวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีวงจรการแก้ไขสะพานวงจรใดวงจรหนึ่ง แต่ละแม่เหล็กไฟฟ้า I-VI เชื่อมต่อกับสะพานแยก 15 ซึ่งเชื่อมต่อแบบขนาน ยางทั่วไปเชื่อมต่อตามลำดับกับเอาต์พุตลบ 12 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือกับค่าบวก 13

รูปที่ 5 แสดงวงจรไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของบริดจ์ทั้งหมด

รูปที่ 6 แสดงวงจรไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อแบบผสม สะพานปรับกระแสจากแม่เหล็กไฟฟ้า: I และ II; III และ IV; V และ VI เชื่อมต่อเป็นคู่ในอนุกรม และทั้งคู่ก็เชื่อมต่อกันแบบขนานผ่านรถโดยสารทั่วไป

รูปที่ 7 แสดงแผนภาพวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งสะพานแยกจะแก้ไขกระแสจากแม่เหล็กไฟฟ้าคู่ตรงข้าม diametrically สำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าคู่ขนานแต่ละคู่ ขั้วที่คล้ายกัน (ในกรณีนี้คือ "B") จะเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างกัน และขั้วที่เหลือจะเชื่อมต่อกับสะพานปรับแก้ 15 จำนวนสะพานทั้งหมดคือ m/2 ระหว่างกัน สะพานสามารถเชื่อมต่อแบบขนานและ/หรือแบบอนุกรมได้ รูปที่ 7 แสดงการเชื่อมต่อแบบขนานของสะพาน

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรเตอร์สามารถอยู่ได้ทั้งที่ด้านนอกของสเตเตอร์และภายในสเตเตอร์ รูปที่ 8 แสดงไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีโรเตอร์ภายนอก (แม่เหล็กไฟฟ้า 10 ตัว; 36=18+18 แม่เหล็กถาวร (k=2)) การออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวคล้ายกับที่อธิบายไว้ข้างต้น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นตามการประดิษฐ์นี้อาจมีหลายส่วน A, B และ C (รูปที่ 9) จำนวนส่วนดังกล่าวขึ้นอยู่กับกำลังของแหล่งพลังงานกล (มอเตอร์ขับเคลื่อน) และพารามิเตอร์ที่จำเป็นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่ละส่วนสอดคล้องกับการออกแบบที่อธิบายไว้ข้างต้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจมีทั้งส่วนที่เหมือนกันและส่วนที่ต่างกันในจำนวนของแม่เหล็กถาวรและ/หรือแม่เหล็กไฟฟ้าหรือในวงจรการแก้ไข

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนที่เหมือนกันจะไม่สัมพันธ์กัน ซึ่งสามารถทำได้ ตัวอย่างเช่น โดยการเลื่อนเริ่มต้นของโรเตอร์ในส่วนที่อยู่ติดกันและการเลื่อนเชิงมุมของแม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์ในส่วนที่อยู่ติดกันซึ่งสัมพันธ์กัน

ตัวอย่างการใช้งาน:

ตัวอย่างที่ 1 ตามการประดิษฐ์ปัจจุบัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกผลิตขึ้นเพื่อให้พลังงานแก่เครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 36 V เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำด้วยโรเตอร์ภายนอกที่หมุนได้ซึ่งวางแม่เหล็กถาวร 36 ตัว (18 ในแต่ละอัน) แถว k=2) ทำจากโลหะผสม Fe-Nd -IN สเตเตอร์บรรจุแม่เหล็กไฟฟ้า 8 คู่ โดยแต่ละอันมีขดลวดสองเส้นที่มีลวด PETV 100 รอบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.9 มม. วงจรสวิตชิ่งเป็นสะพานเชื่อมที่มีการเชื่อมต่อของข้อสรุปเดียวกันของแม่เหล็กไฟฟ้าตรงข้าม diametrically (รูปที่ 7)

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก - 167 มม.

แรงดันขาออก - 36 V;

กระแสสูงสุด - 43 A;

กำลัง - 1.5 กิโลวัตต์

ตัวอย่างที่ 2 ตามการประดิษฐ์นี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นสำหรับชาร์จอุปกรณ์จ่ายไฟ (แบตเตอรี่ 24 โวลต์หนึ่งคู่) สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในเมือง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำด้วยโรเตอร์ภายในที่หมุนได้ โดยมีแม่เหล็กถาวร 28 ตัว (14 ในแต่ละแถว k=1) ทำจากโลหะผสม Fe-Nd-B สเตเตอร์บรรจุแม่เหล็กไฟฟ้า 6 คู่ โดยแต่ละคู่มีขดลวดสองขดลวดแต่ละอัน 150 รอบ พันด้วยลวด PETV ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.0 มม. วงจรสวิตชิ่งเต็มคลื่นโดยมีจุดกึ่งกลาง (รูปที่ 3)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก - 177 มม.

แรงดันไฟขาออก - 31 V (สำหรับชาร์จแบตเตอรี่ 24 V);

กระแสไฟสูงสุด - 35A,

กำลังสูงสุด - 1.1 กิโลวัตต์

นอกจากนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสำหรับ 29.2 V.

เรียกร้อง

1. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีส่วนที่เป็นวงกลมอย่างน้อยหนึ่งส่วน รวมทั้งโรเตอร์ที่มีวงจรแม่เหล็กแบบวงกลมซึ่งมีแม่เหล็กถาวรจำนวนเท่ากันถูกตรึงด้วยพิตช์เดียวกัน ทำให้เกิดขั้วสองแถวขนานกันที่มีขั้วไฟฟ้าสลับตามยาวและตามขวาง a สเตเตอร์ที่มีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปเกือกม้าจำนวนเท่ากัน วางเป็นคู่ตรงข้ามกัน อุปกรณ์สำหรับแก้ไขกระแสไฟฟ้า โดยที่แม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละอันมีขดลวดสองชุดที่มีขดลวดตรงข้ามกัน ในขณะที่ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละอันตั้งอยู่ เหนือแถวขนานของเสาโรเตอร์หนึ่งแถวและจำนวนเสาในหนึ่งแถวเท่ากับ n เท่ากับอัตราส่วน

n=10+4k โดยที่ k เป็นจำนวนเต็มที่รับค่า 0, 1, 2, 3 เป็นต้น

2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 มีลักษณะเฉพาะว่าจำนวนแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์ m เป็นไปตามอัตราส่วน m n-2

3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 มีลักษณะเฉพาะว่าอุปกรณ์สำหรับแก้ไขกระแสไฟฟ้ามีไดโอดที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งรายการ

4. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 3 มีลักษณะที่ไดโอดเชื่อมต่ออยู่ในวงจรเต็มคลื่นที่มีจุดกึ่งกลาง

5. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 3 มีลักษณะที่ไดโอดเชื่อมต่ออยู่ในวงจรบริดจ์

6. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 5 มีลักษณะเป็นจำนวนสะพานเท่ากับ m และเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมหรือขนานหรือแบบขนานแบบอนุกรม

7. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 5 มีลักษณะเป็นจำนวนสะพานเท่ากับ m/2 และเอาท์พุตหนึ่งของชื่อเดียวกันของแต่ละคู่ของแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ตรงข้าม diametrically เชื่อมต่อกัน ในขณะที่ส่วนอื่นๆ เชื่อมต่อกัน สะพาน.

8. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 ถึง 7 ข้อใดข้อหนึ่ง โดยมีลักษณะว่าโรเตอร์ตั้งอยู่ด้านนอกของสเตเตอร์

9. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 ถึง 7 ข้อใดข้อหนึ่ง โดยมีลักษณะว่าโรเตอร์อยู่ภายในสเตเตอร์

10. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 มีลักษณะที่ประกอบด้วยส่วนเหมือนกันอย่างน้อยสองส่วน

11. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 10 มีลักษณะเฉพาะว่ามีการเลื่อนเฟสอย่างน้อยสองส่วนโดยสัมพันธ์กัน

12. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 ซึ่งมีลักษณะเด่นคือประกอบด้วยส่วนอย่างน้อยสองส่วนที่มีจำนวนแม่เหล็กไฟฟ้าต่างกัน

13. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 ซึ่งมีลักษณะเด่นคือมีหน่วยควบคุมแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติม

เครื่องซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กถาวร (แมกนีโตอิเล็กทริก) ไม่มีแรงกระตุ้นบนโรเตอร์ และฟลักซ์แม่เหล็กที่น่าตื่นเต้นถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวรที่อยู่บนโรเตอร์ สเตเตอร์ของเครื่องจักรเหล่านี้มีการออกแบบทั่วไป โดยมีขดลวดสองหรือสามเฟส

เครื่องจักรเหล่านี้มักใช้เป็นเครื่องยนต์กำลังขนาดเล็ก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กถาวรมีการใช้งานน้อยกว่า ส่วนใหญ่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสแตนด์อโลนที่มีความถี่เพิ่มขึ้น กำลังต่ำและปานกลาง

มอเตอร์แม่เหล็กแบบซิงโครนัสมอเตอร์เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในสองรูปแบบ: ด้วยการจัดเรียงแม่เหล็กถาวรในแนวรัศมีและแนวแกน

ที่ การจัดเรียงแนวรัศมีแม่เหล็กถาวร แพ็คเกจโรเตอร์ที่มีกรงเริ่มต้น ทำในรูปทรงกระบอกกลวง จับจ้องอยู่ที่พื้นผิวด้านนอกของขั้วที่เด่นชัดของแม่เหล็กถาวร 3. ช่องระหว่างขั้วถูกสร้างขึ้นในกระบอกสูบเพื่อป้องกันไม่ให้ฟลักซ์แม่เหล็กถาวรปิดในกระบอกสูบนี้ (รูปที่ 23.1,)

ที่ ตำแหน่งแกนแม่เหล็ก การออกแบบของโรเตอร์นั้นคล้ายกับการออกแบบของโรเตอร์ของมอเตอร์กรงกระรอกแบบอะซิงโครนัส แม่เหล็กถาวรแบบวงแหวนถูกกดลงที่ปลายโรเตอร์นี้ (รูปที่ 23.1 ).

การออกแบบที่มีตำแหน่งตามแนวแกนของแม่เหล็กใช้ในมอเตอร์ขนาดเล็กที่มีกำลังสูงถึง 100 W; การออกแบบที่มีการจัดเรียงแม่เหล็กในแนวรัศมีนั้นใช้ในมอเตอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่กว่าซึ่งมีกำลังสูงถึง 500 W หรือมากกว่า

กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นระหว่างการสตาร์ทแบบอะซิงโครนัสของมอเตอร์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะบางประการเนื่องจากมอเตอร์แบบแม่เหล็กเริ่มทำงานในสภาวะตื่นเต้น สนามของแม่เหล็กถาวรในระหว่างการเร่งความเร็วของโรเตอร์ทำให้เกิด EMF ในขดลวดสเตเตอร์
, ความถี่ที่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนความเร็วของโรเตอร์ EMF นี้ทำให้เกิดกระแสในขดลวดสเตเตอร์ซึ่งทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กถาวรและสร้าง เบรคช่วงเวลา
, มุ่งตรงต่อการหมุนของโรเตอร์

ข้าว. 23.1. มอเตอร์ซิงโครนัสแม๊กที่มีรัศมี (a) และ

แกน (ข)การจัดเรียงแม่เหล็กถาวร:

1 - สเตเตอร์ 2 - โรเตอร์กรงกระรอก 3 - แม่เหล็กถาวร

ดังนั้น เมื่อเร่งความเร็วของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร โมเมนต์แบบอะซิงโครนัสสองโมเมนต์จะกระทำกับโรเตอร์ของมัน (รูปที่ 23.2):
(จากปัจจุบัน , เข้าสู่สเตเตอร์ที่คดเคี้ยวจากเครือข่าย) และเบรก
(จากปัจจุบัน เหนี่ยวนำในสเตเตอร์ที่คดเคี้ยวด้วยสนามแม่เหล็กถาวร)

อย่างไรก็ตามการพึ่งพาช่วงเวลาเหล่านี้กับความถี่ของการหมุนของโรเตอร์ (สลิป) นั้นแตกต่างกัน: แรงบิดสูงสุด
สอดคล้องกับความถี่ที่มีนัยสำคัญ (สลิปเล็ก) และแรงบิดเบรกสูงสุด เอ็ม ตู่ - ความเร็วต่ำ (สลิปใหญ่) ความเร่งของโรเตอร์เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแรงบิดที่เกิดขึ้น
ซึ่งมี "การจุ่ม" อย่างมีนัยสำคัญในโซนความถี่การหมุนต่ำ จากเส้นโค้งที่แสดงในรูปจะเห็นได้ว่าอิทธิพลของโมเมนต์
เกี่ยวกับคุณสมบัติการสตาร์ทของเครื่องยนต์โดยเฉพาะในเวลาที่ซิงโครไนซ์ เอ็ม ใน, มาก.

เพื่อให้แน่ใจว่าการสตาร์ทของมอเตอร์เป็นไปอย่างเชื่อถือได้ แรงบิดที่เป็นผลให้น้อยที่สุดในโหมดอะซิงโครนัส
และช่วงเวลาแห่งการประสานกัน เอ็ม ใน , มีค่ามากกว่าโมเมนต์โหลด รูปร่างของเส้นโค้งของโมเมนต์อะซิงโครนัสของแมกนีโตอิเล็กทริก

รูปที่ 23.2 กราฟของโมเมนต์อะซิงโครนัส

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็ก

ของเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความต้านทานเชิงแอ็คทีฟของกรงสตาร์ทและระดับของการกระตุ้นเครื่องยนต์โดยมีค่า
, ที่ไหน อี 0 - EMF ของเฟสสเตเตอร์ เหนี่ยวนำในโหมดว่างเมื่อโรเตอร์หมุนด้วยความถี่ซิงโครนัส ด้วยการเพิ่มขึ้น "ความล้มเหลว" ในเส้นโค้งแรงบิด
เพิ่มขึ้น

กระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าในมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแม่เหล็กมีหลักการคล้ายกับกระบวนการในมอเตอร์ซิงโครนัสที่มีการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ต้องระลึกไว้เสมอว่าแม่เหล็กถาวรในเครื่องทำแม่เหล็กนั้นอยู่ภายใต้การขจัดอำนาจแม่เหล็กโดยการกระทำของฟลักซ์แม่เหล็กของปฏิกิริยากระดอง ขดลวดเริ่มต้นทำให้การล้างอำนาจแม่เหล็กนี้อ่อนแอลง เนื่องจากมีการป้องกันแม่เหล็กถาวร

คุณสมบัติเชิงบวกของมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแมกนีโตอิเล็กทริกช่วยเพิ่มความเสถียรของการทำงานในโหมดซิงโครนัสและความสม่ำเสมอของความเร็วในการหมุนตลอดจนความสามารถในการหมุนมอเตอร์หลายตัวที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายเดียวในเฟส มอเตอร์เหล่านี้มีประสิทธิภาพด้านพลังงานค่อนข้างสูง (ประสิทธิภาพและ
,).

ข้อเสียของมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแมกนีโตอิเล็กทริกคือต้นทุนที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับมอเตอร์ซิงโครนัสประเภทอื่น เนื่องจากมีต้นทุนสูงและความซับซ้อนในการประมวลผลแม่เหล็กถาวรที่ทำจากโลหะผสมที่มีแรงบีบบังคับสูง (อัลนี อัลนิโค แมกนิโค ฯลฯ) มอเตอร์เหล่านี้มักจะผลิตขึ้นเพื่อใช้พลังงานต่ำและถูกใช้ในการผลิตเครื่องมือและในอุปกรณ์อัตโนมัติเพื่อขับเคลื่อนกลไกที่ต้องการความเร็วคงที่

แมกนีโตอิเล็กทริกแบบซิงโครนัสเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไตรรงค์. โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวทำงานโดยใช้พลังงานต่ำในรูปแบบของ "เครื่องหมายดอกจัน" (รูปที่ 23.3 แต่) ที่กำลังไฟปานกลาง - มีเสารูปกรงเล็บและแม่เหล็กถาวรทรงกระบอก (รูปที่ 23.3, ข)โรเตอร์แบบกรงเล็บช่วยให้ได้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการกระจายของขั้ว ซึ่งจำกัดกระแสไฟกระชากในกรณีที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าลัดวงจรอย่างกะทันหัน กระแสนี้ก่อให้เกิดอันตรายอย่างใหญ่หลวงต่อแม่เหล็กถาวรเนื่องจากมีผลล้างอำนาจแม่เหล็กที่รุนแรง

นอกเหนือจากข้อบกพร่องที่ระบุไว้เมื่อพิจารณามอเตอร์ซิงโครนัสแบบแม่เหล็กแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีแม่เหล็กถาวรยังมีข้อเสียอีกประการหนึ่งเนื่องจากไม่มีขดลวดกระตุ้น ดังนั้นการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กจึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ทำให้แรงดันไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคงที่ได้ยากเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง

รูปที่ 23.3 โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแมกนีโตอิเล็กทริก:

1 - เพลา; 2 - แม่เหล็กถาวร; 3 - เสา; 4 – ปลอกแขนที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

Dmitry Levkin

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง มอเตอร์ซิงโครนัสด้วยแม่เหล็กถาวร (PMSM) และอยู่ในโรเตอร์ การศึกษาที่ดำเนินการแสดงให้เห็นว่า PMSM มีประสิทธิภาพมากกว่าที่มีประสิทธิภาพสูง (IE3) ประมาณ 2% มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส, โดยมีเงื่อนไขว่าสเตเตอร์มีการออกแบบเหมือนกัน และจะใช้แบบเดียวกันนี้สำหรับการควบคุม ในเวลาเดียวกัน มอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กถาวร เมื่อเทียบกับมอเตอร์ไฟฟ้าอื่น ๆ มีตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุด: กำลัง / ปริมาตร โมเมนต์ / ความเฉื่อย ฯลฯ

โครงสร้างและประเภทของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ซิงโครนัสแบบแม่เหล็กถาวร เช่นเดียวกับมอเตอร์อื่นๆ ประกอบด้วยโรเตอร์และสเตเตอร์ สเตเตอร์เป็นส่วนคงที่ โรเตอร์เป็นส่วนที่หมุนได้

โดยปกติโรเตอร์จะอยู่ภายในสเตเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีการออกแบบด้วยโรเตอร์ภายนอก - มอเตอร์ไฟฟ้าแบบย้อนกลับ

การออกแบบมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร: ด้านซ้าย - มาตรฐาน ด้านขวา - กลับด้าน

โรเตอร์ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร วัสดุที่มีแรงบีบบังคับสูงใช้เป็นแม่เหล็กถาวร

ตามการออกแบบของโรเตอร์ มอเตอร์ซิงโครนัสแบ่งออกเป็น:

มอเตอร์ขั้วเด่นมีการเหนี่ยวนำเท่ากันตามแกนตามยาวและตามขวาง L d \u003d L q ในขณะที่มอเตอร์ขั้วเด่น การเหนี่ยวนำตามขวางไม่เท่ากับตามยาว L q ≠ L d .

ภาพตัดขวางของโรเตอร์ที่มีอัตราส่วน Ld/Lq ต่างกัน แม่เหล็กแสดงเป็นสีดำ รูป e, f แสดงโรเตอร์ที่มีชั้นตามแนวแกน รูปที่ c และ h แสดงโรเตอร์ที่มีตัวกั้น

นอกจากนี้ ตามการออกแบบของโรเตอร์ SDPM แบ่งออกเป็น:
• มอเตอร์ซิงโครนัส ติดตั้งบนพื้นผิวแม่เหล็กถาวร
  (ภาษาอังกฤษ SPMSM - มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรบนพื้นผิว) ;
• มอเตอร์ซิงโครนัส มีในตัว(รวม) แม่เหล็ก
  (อังกฤษ IPMSM - มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรภายใน).

โรเตอร์ของมอเตอร์ซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กถาวรติดบนพื้นผิว

โรเตอร์ของมอเตอร์ซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กในตัว

สเตเตอร์ประกอบด้วยลำตัวและแกนที่มีขดลวด การออกแบบทั่วไปที่มีขดลวดสองและสามเฟส

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรสามารถขึ้นอยู่กับการออกแบบของสเตเตอร์:
• ด้วยขดลวดกระจาย
• ด้วยขดลวดเข้มข้น

จำหน่ายเรียกว่าคดเคี้ยวซึ่งจำนวนช่องต่อเสาและเฟส Q = 2, 3, ...., k.

มุ่งเน้นพวกเขาเรียกว่าคดเคี้ยวซึ่งจำนวนช่องต่อขั้วและเฟส Q \u003d 1 ในกรณีนี้ช่องจะเว้นระยะห่างเท่า ๆ กันรอบเส้นรอบวงของสเตเตอร์ ขดลวดทั้งสองที่ประกอบเป็นขดลวดสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนานได้ ข้อเสียเปรียบหลักของขดลวดดังกล่าวคือไม่สามารถมีอิทธิพลต่อรูปร่างของเส้นโค้ง EMF

แบบแผนของขดลวดแบบกระจายสามเฟส

แบบแผนของการพันก้อนสามเฟส

รูปแบบของ back emfมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถ:
• สี่เหลี่ยมคางหมู;
• ไซนัส

รูปร่างของเส้นโค้ง EMF ในตัวนำถูกกำหนดโดยเส้นโค้งการกระจายของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในช่องว่างตามแนวเส้นรอบวงของสเตเตอร์

เป็นที่ทราบกันว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในช่องว่างใต้ขั้วเด่นชัดของโรเตอร์มีรูปร่างสี่เหลี่ยมคางหมู EMF ที่เหนี่ยวนำในตัวนำมีรูปแบบเดียวกัน หากจำเป็นต้องสร้าง EMF แบบไซน์ ชิ้นส่วนของขั้วจะมีรูปร่างในลักษณะที่เส้นโค้งการกระจายการเหนี่ยวนำจะอยู่ใกล้กับไซน์ สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยมุมเอียงของชิ้นขั้วของโรเตอร์

หลักการทำงานของมอเตอร์ซิงโครนัสขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันของสเตเตอร์และสนามแม่เหล็กคงที่ของโรเตอร์

วิ่ง

หยุด

สนามแม่เหล็กหมุนของมอเตอร์ซิงโครนัส

สนามแม่เหล็กของโรเตอร์ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับกระแสสลับซิงโครนัสของขดลวดสเตเตอร์ตามที่สร้างขึ้นทำให้โรเตอร์หมุน ()

แม่เหล็กถาวรที่อยู่บนโรเตอร์ PMSM จะสร้างสนามแม่เหล็กคงที่ ที่ความเร็วซิงโครนัสของการหมุนของโรเตอร์กับสนามสเตเตอร์ ขั้วของโรเตอร์จะประสานกับสนามแม่เหล็กที่หมุนของสเตเตอร์ ในเรื่องนี้ PMSM ไม่สามารถเริ่มต้นเองได้เมื่อเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่ายกระแสไฟสามเฟส (ความถี่ปัจจุบันในเครือข่ายคือ 50 Hz)

การควบคุมมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรต้องการระบบควบคุม เช่น เซอร์โวไดรฟ์ เป็นต้น ในขณะเดียวกันก็มี จำนวนมากของวิธีการควบคุมที่ดำเนินการโดยระบบควบคุม ทางเลือก วิธีที่ดีที่สุดการควบคุมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับงานที่ตั้งค่าไว้สำหรับไดรฟ์ไฟฟ้า วิธีการจัดการขั้นพื้นฐาน มอเตอร์ซิงโครนัสด้วยแม่เหล็กถาวรแสดงไว้ในตารางด้านล่าง

ควบคุม				ข้อดี	ข้อเสีย
ไซนัส				วงจรง่ายๆการจัดการ
			พร้อมเซ็นเซอร์ตำแหน่ง	การตั้งค่าตำแหน่งโรเตอร์และความเร็วมอเตอร์ที่ราบรื่นและแม่นยำ ช่วงการควบคุมขนาดใหญ่	ต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์และระบบควบคุมไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทรงพลัง
			ไม่มีตัวเข้ารหัส	ไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ การตั้งค่าตำแหน่งโรเตอร์และความเร็วของมอเตอร์ที่ราบรื่นและแม่นยำ ช่วงการควบคุมขนาดใหญ่ แต่น้อยกว่าด้วยเซนเซอร์ตำแหน่ง	การควบคุมภาคสนามแบบไร้เซนเซอร์ ตลอดช่วงความเร็วเป็นไปได้เฉพาะสำหรับ PMSM ที่มีโรเตอร์เสาเด่น จำเป็นต้องมีระบบควบคุมที่ทรงพลัง
				วงจรควบคุมอย่างง่าย, ประสิทธิภาพไดนามิกที่ดี, ช่วงการควบคุมขนาดใหญ่, ไม่ต้องใช้ตัวเข้ารหัส	แรงบิดและกระแสกระเพื่อมสูง
สี่เหลี่ยมคางหมู	ไม่มีข้อเสนอแนะ			โครงร่างการควบคุมอย่างง่าย	การควบคุมไม่เหมาะสม ไม่เหมาะกับงานที่มีการเปลี่ยนแปลงโหลด สูญเสียการควบคุม
	จาก ข้อเสนอแนะ	พร้อมเซ็นเซอร์ตำแหน่ง (เซ็นเซอร์ฮอลล์)		โครงร่างการควบคุมอย่างง่าย	ต้องใช้เซนเซอร์ Hall Effect มีระลอกคลื่นโมเมนตัม ออกแบบมาเพื่อควบคุม PMSM ด้วย EMF หลังสี่เหลี่ยมคางหมู เมื่อควบคุม PMSM ด้วย EMF แบ็คไซน์ แรงบิดเฉลี่ยจะลดลง 5%
		ไม่มีเซ็นเซอร์		ต้องใช้ระบบควบคุมที่ทรงพลังกว่า	ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานความเร็วต่ำ มีระลอกคลื่นโมเมนตัม ออกแบบมาเพื่อควบคุม PMSM ด้วย EMF หลังสี่เหลี่ยมคางหมู เมื่อควบคุม PMSM ด้วย EMF แบ็คไซน์ แรงบิดเฉลี่ยจะลดลง 5%

วิธียอดนิยมในการควบคุมมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

ในการแก้ปัญหาง่ายๆ มักจะใช้การควบคุมสี่เหลี่ยมคางหมูโดยเซ็นเซอร์ Hall (เช่น พัดลมคอมพิวเตอร์) สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการประสิทธิภาพสูงสุดจากไดรฟ์ การควบคุมแบบเน้นภาคสนามมักจะถูกเลือกไว้

การควบคุมรูปสี่เหลี่ยมคางหมู

หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแม่เหล็กถาวรคือการควบคุมแบบสี่เหลี่ยมคางหมู ตัวควบคุมสี่เหลี่ยมคางหมูใช้เพื่อควบคุม PMSM ด้วย EMF หลังสี่เหลี่ยมคางหมู ในเวลาเดียวกัน วิธีนี้ยังช่วยให้คุณควบคุม PMSM ด้วย EMF ไซน์ด้านหลัง แต่จากนั้นแรงบิดเฉลี่ยของไดรฟ์ไฟฟ้าจะลดลง 5% และแรงบิดกระเพื่อมจะเป็น 14% ของค่าสูงสุด มีการควบคุมแบบสี่เหลี่ยมคางหมูโดยไม่มีการป้อนกลับและมีข้อเสนอแนะเกี่ยวกับตำแหน่งของโรเตอร์

ควบคุม ไม่มีข้อเสนอแนะไม่เหมาะสมและอาจส่งผลให้ PMSM หลุดพ้นจากการซิงโครไนซ์ กล่าวคือ ให้สูญเสียการควบคุม

ควบคุม พร้อมข้อเสนอแนะสามารถแบ่งออกเป็น:
• การควบคุมรูปสี่เหลี่ยมคางหมูโดยเซ็นเซอร์ตำแหน่ง (โดยปกติโดยเซ็นเซอร์ฮอลล์);
• การควบคุมแบบสี่เหลี่ยมคางหมูแบบไม่มีตัวเข้ารหัส (การควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์แบบไร้เซ็นเซอร์)

ในฐานะที่เป็นเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ในการควบคุมสี่เหลี่ยมคางหมูของ PMSM แบบสามเฟส มักจะใช้เซ็นเซอร์ Hall สามตัวที่ติดตั้งในมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้คุณกำหนดมุมได้อย่างแม่นยำถึง ±30 องศา ด้วยการควบคุมนี้ เวกเตอร์กระแสสเตเตอร์ใช้เวลาเพียงหกตำแหน่งต่อรอบไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดการกระเพื่อมของแรงบิดที่เอาต์พุต

มีสองวิธีในการกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์:
• โดยเซ็นเซอร์ตำแหน่ง
• ไม่มีเซ็นเซอร์ - โดยการคำนวณมุมตามเวลาจริงโดยระบบควบคุมตามข้อมูลที่มีอยู่

การควบคุม PMSM เชิงสนามโดยเซ็นเซอร์ตำแหน่ง

เซ็นเซอร์ประเภทต่อไปนี้ใช้เป็นเซ็นเซอร์มุม:
• อุปนัย: หม้อแปลงหมุนไซน์โคไซน์ (SKVT), รีดักโทซิน, อินดัคโตซิน, ฯลฯ ;
• ออปติคัล;
• แม่เหล็ก: เซ็นเซอร์แม่เหล็ก

การควบคุม PMSM แบบภาคสนามโดยไม่ต้องใช้ตัวเข้ารหัส

เนื่องจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของไมโครโปรเซสเซอร์ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 จึงได้มีการพัฒนาวิธีการเวกเตอร์แบบไม่มีเซนเซอร์สำหรับการควบคุม AC แบบไม่มีแปรงถ่าน วิธีการตรวจจับมุมแบบไร้เซนเซอร์แบบแรกใช้คุณสมบัติของมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อสร้าง EMF ย้อนกลับระหว่างการหมุน EMF ด้านหลังของมอเตอร์ประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของโรเตอร์ ดังนั้นด้วยการคำนวณค่า EMF ด้านหลังในระบบพิกัดคงที่ คุณจึงสามารถคำนวณตำแหน่งของโรเตอร์ได้ แต่เมื่อโรเตอร์ไม่เคลื่อนที่จะไม่มี EMF ย้อนกลับ และที่ความเร็วต่ำ EMF ด้านหลังจะมีแอมพลิจูดเล็กน้อย ซึ่งแยกแยะได้ยากจากเสียงรบกวน วิธีนี้จึงไม่เหมาะสำหรับการกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์มอเตอร์ที่ ความเร็วต่ำ

มีสองตัวเลือกทั่วไปสำหรับการเปิดตัว PSDM:
• สเกลาร์ทริกเกอร์ - ทริกเกอร์บนแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ล่วงหน้ากับลักษณะเฉพาะของความถี่ แต่การควบคุมสเกลาร์จำกัดความสามารถของระบบควบคุมและพารามิเตอร์ของไดรฟ์ไฟฟ้าโดยรวมอย่างมาก
• - ใช้งานได้เฉพาะกับ PMSM ที่โรเตอร์มีขั้วที่เด่นชัด

ปัจจุบันเป็นไปได้เฉพาะกับมอเตอร์ที่มีโรเตอร์ที่มีขั้วเด่นชัดเท่านั้น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับซิงโครนัส 3 เฟส ไม่ติดแม่เหล็ก พร้อมแรงกระตุ้นจากแม่เหล็กนีโอไดเมียมถาวร ขั้ว 12 คู่

เมื่อนานมาแล้วใน สมัยโซเวียตในนิตยสาร "Modelist Constructor" มีการเผยแพร่บทความเกี่ยวกับการสร้างกังหันลมแบบหมุน ตั้งแต่นั้นมา ฉันก็ปรารถนาที่จะสร้างสิ่งที่คล้ายกันบน .ของฉัน ชานเมืองแต่เรื่องนี้ไม่เคยเกิดขึ้นจริง ทุกอย่างเปลี่ยนไปตามการถือกำเนิดของแม่เหล็กนีโอไดเมียม ฉันรวบรวมข้อมูลจำนวนมากบนอินเทอร์เน็ต และนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น
เครื่องกำเนิด:สอง แผ่นเหล็กจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่มีแม่เหล็กติดกาวเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาผ่านปลอกตัวเว้นวรรค ในช่องว่างระหว่างแผ่นดิสก์ได้รับการแก้ไข ขดลวดแบน โดยไม่มีแกน EMF ของการเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในครึ่งหนึ่งของขดลวดอยู่ตรงข้ามในทิศทางและสรุปใน EMF ทั้งหมดของขดลวด แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอคงที่ถูกกำหนดโดยสูตร E=BVLที่ไหน: บี- การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก วี- ความเร็วในการเคลื่อนที่ หลี่- ความยาวแอคทีฟของตัวนำ V=π DN/60ที่ไหน: ดี-เส้นผ่านศูนย์กลาง นู๋- ความเร็วในการหมุน การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในช่องว่างระหว่างสองขั้วเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างเสาทั้งสอง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกประกอบขึ้นที่ส่วนล่างของกังหันลม

โครงร่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสเพื่อความเรียบง่ายนั้นถูกนำไปใช้บนเครื่องบิน

ในรูป 2 แสดงเลย์เอาต์ของคอยส์เมื่อจำนวนของมันใหญ่เป็นสองเท่า แม้ว่าในกรณีนี้ ช่องว่างระหว่างเสาก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ขดลวดคาบเกี่ยวกัน 1/3 ของความกว้างของแม่เหล็ก หากความกว้างของขดลวดลดลง 1/6 จะยืนเป็นแถวเดียวและช่องว่างระหว่างเสาจะไม่เปลี่ยนแปลง ช่องว่างสูงสุดระหว่างขั้วเท่ากับความสูงของแม่เหล็กหนึ่งตัว