Eksperimentalna istraživanja energetske učinkovitosti over-unity sinkronih generatora s permanentnim magnetom. Sinkroni generatori s permanentnim magnetima Generatori uzbudne struje permanentni magneti
Vlasnici patenta RU 2548662:
Izum se odnosi na područje elektrotehnike i elektrostrojarstva, posebice na sinkrone generatore pobuđene trajnim magnetima. Tehnički rezultat: stabilizacija izlaznog napona i aktivne snage. Sinkroni generator s pobudom od trajnih magneta sadrži potporni statorski sklop s potpornim ležajevima, na koji je postavljen prstenasti magnetski krug s polovinim izbočinama duž oboda. Magnetska jezgra opremljena je električnim zavojnicama postavljenim na izbočine polova s višefaznim namotajem armature statora. Prstenasti rotor postavljen je na noseću osovinu s mogućnošću rotacije u nosivim ležajevima oko statorskog prstenastog magnetskog kruga. Na unutarnjoj bočnoj stijenci rotora postavljena je prstenasta magnetska košuljica s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodnom smjeru. Magnetski umetak izrađen je u obliku dva identična prstena koji se mogu pomicati u aksijalnom smjeru. Između prstenova nalazi se elastični element. 2 ilustr.
Izum se odnosi na područje elektrotehnike i elektrostrojarstva, posebice na sinkrone generatore pobuđene trajnim magnetima, a može se koristiti u autonomnim izvorima napajanja standardne industrijske frekvencije i visoke frekvencije, u električnim strojevima i elektranama. Konkretno, inventivni sinkroni generator može se koristiti kao autonomni izvor energije u automobilima, brodovima i drugim vozilima.
Poznat je sinkroni generator koji sadrži stator sa sustavom vodiča i rotor koji ima uzbudni sustav s permanentnim magnetima, a između statora i rotora nalazi se aktivna površina - zračni raspor, rotor je izveden u obliku vanjski rotor s aktivnom površinom s iznutra, rotor ima, gledano u smjeru rotacijskog gibanja, magnetizirane trajne magnete i dijelove magnetski vodljivog materijala koji se međusobno izmjenjuju u smjeru rotacije, permanentni magneti su izrađeni od materijala s magnetskom propusnošću bliskom propusnosti zrak, trajni magneti, kada se mjere u smjeru vrtnje, imaju širinu koja se povećava s povećanjem udaljenosti od aktivne površine, a magnetski vodljivi dijelovi imaju širinu koja se smanjuje s povećanjem udaljenosti od aktivne površine; magnetski vodljivi dijelovi imaju površinu kroz iz kojeg magnetski tok izlazi i koji je okrenut prema aktivnoj površini, a manji je od zbroja površina presjeka magnetskog toka oba susjedna mu permanentna magneta, zbog čega je magnetski tok permanentnih magneta koncentrirana prema aktivnoj površini pola statora, kada se mjeri u smjeru vrtnje, ima gotovo jednaku širinu kao i površina magnetskih vodljivih dijelova kroz koje izlazi magnetski tok (RF patent br. 2141716, IPC N02K 21/12 , objavljeno 20.11.1991.).
Poznat je sinkroni generator koji sadrži višepolnu armaturu s n polova (n je cijeli broj) s namotima i sustav pobude koji tvori više stalnih magneta. U ovom slučaju, permanentni magneti imaju (n-1) polova za stvaranje magnetskog pobudnog polja kada se okreću u odnosu na armaturu, a permanentni magneti su magnetizirani duž smjera vrtnje, a polovi su zakošeni u odnosu na vrtnju kotve. sustav pobude (RF patent br. 2069441, IPC N02K 21/22, objavljen 20.11.1996.).
Zajednički nedostatak ovih sinkronih generatora je ograničena funkcionalnost stabilizacije izlaznog napona i djelatne snage pri porastu opterećenja, ovisno o vrijednosti ukupnog magnetskog toka. U isto vrijeme, u oblikovati Ovi generatori nemaju elemente koji vam omogućuju brzu promjenu vrijednosti ukupnog magnetskog toka koji stvaraju pojedinačni trajni magneti prstenastog magnetskog umetka.
Najbliži analog (prototip) izuma je sinkroni generator s pobudom od trajnih magneta, koji sadrži sklop potpornog statora s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s izbočinama polova duž periferije, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na polne izbočine s višefaznim namotajem armature statora, postavljene na nosivu osovinu s mogućnošću rotacije u nosivim ležajevima oko prstenastog magnetskog kruga statora, prstenasti rotor s prstenastom magnetskom košuljicom postavljenom na unutarnju bočnu stijenku s izmjenom magnetskih polova. obodni smjer od p-parova, pokrivajući izbočine polova električnim zavojnicama armaturnog namota prstenastog magnetskog kruga statora. Jedinica nosača statora je izrađena od skupine istovjetnih modula s prstenastom magnetskom jezgrom i prstenastim rotorom postavljenih na jednu nosivu osovinu, dok su moduli jedinice nosača statora ugrađeni s mogućnošću njihove rotacije jedan u odnosu na drugu oko osi. koaksijalni s nosećim vratilom i opremljeni su pogonom kinematički povezanim s njima, njihova kutna rotacija jedna u odnosu na drugu, a iste faze namota armature u modulima potporne jedinice statora međusobno su povezane, tvoreći zajedničke faze statora armaturni namot (RF patent br. 2273942, IPC N02K 21/22, N02K 21/12, objavljen 27.07.2006.).
Nedostatak poznatog sinkronog generatora s pobudom iz permanentnih magneta je potreba za korištenjem skupine modula, što dovodi do složenije konstrukcije, povećanja težine i dimenzija generatora. To zauzvrat dovodi do smanjenja radnih karakteristika generatora.
Osim toga, kao i kod navedenih analoga, poznati generator nema elemente koji omogućuju brzu promjenu vrijednosti ukupnog magnetskog toka pojedinih permanentnih magneta koji tvore prstenastu magnetsku košuljicu.
Cilj ovog izuma je pojednostaviti dizajn i proširiti ga funkcionalnost sinkroni generator, zbog opskrbe električnom energijom širokog spektra višefaznih izmjeničnih prijemnika električna struja s različitim parametrima napona napajanja.
Tehnički rezultat je stabilizacija izlaznog napona i aktivne snage zbog uvođenja elastičnih elemenata u dizajn sinkronog generatora.
Tehnički rezultat postiže se time što u sinkronom generatoru s uzbudom od trajnih magneta, koji sadrži sklop potpornog statora s ležajevima, na koji je postavljena prstenasta magnetska jezgra s polovinim izbočinama duž periferije, opremljena električnim zavojnicama postavljenim na polove izbočine s višefazni namot armature statora, montiran na nosivu osovinu s mogućnošću rotacije u nosivim ležajevima oko prstenaste magnetske jezgre statora, prstenasti rotor s prstenastom magnetskom košuljicom postavljenom na unutarnju bočnu stijenku s izmjenom magnetskih polova u obodnom smjeru od p-parova, koji pokrivaju izbočine polova s električnim zavojnicama armaturnog namota prstenaste magnetske jezgre statora, prema izumu, prstenasti magnetski košuljica izrađena je u obliku dva identična prstena koji se mogu pomicati u aksijalnom smjeru, s elastičnim elementom koji se nalazi između prstenova.
Kada se promijeni opterećenje generatora, mijenja se struja koja teče kroz namot armature statora, a mijenja se i privlačna sila koja djeluje na magnetske obloge. Potonji se u različitim stupnjevima uvlače u zračni raspor, sabijajući elastični element, čime se povećava ili smanjuje ukupni magnetski tok. Zbog toga se napon i aktivna snaga na stezaljkama namota statora generatora stabiliziraju.
Elastični element može biti čvrst, u obliku valovite elastične podloške, ili kompozitni, u obliku zasebnih opruga.
Elastični element naveden kao primjer je izrađen u obliku opruga.
Suština izuma ilustrirana je crtežom.
Na sl. 1 na slici opći oblik predloženog sinkronog generatora s uzbudom od trajnih magneta u uzdužnom presjeku, s magnetskim umetcima u neradnom položaju.
Na sl. Slika 2 prikazuje pogled kada su magnetski umeci u radnom položaju.
Na obje slike elastični element je izveden u obliku opruga.
Sinkroni generator s pobudom od trajnih magneta sadrži unutarnje kućište statora 1, na kojem je montiran prstenasti magnetski krug 2 (na primjer, u obliku monolitnog diska izrađenog od kompozitnog tvrdog magnetskog materijala u prahu) s izbočinama polova duž periferije , opremljen električnim zavojnicama (sekcijama) 3 postavljenim na njih, s višefaznim (na primjer, trofaznim, au općem slučaju n-faznim) namotajima armature statora. Na osovini 4 s mogućnošću rotacije na ležajevima 5, 6 oko potporne jedinice statora ugrađen je prstenasti rotor 7 s prstenastim magnetskim umetcima 8 postavljenim na unutarnju bočnu stijenku (na primjer, u obliku monolitnih magnetskih prstenova izrađenih magnetski anizotropnog praškastog materijala) s izmjeničnim magnetskim polovima u obodnom smjeru iz p-parova, a izrađeni su u obliku prstenova identičnog dizajna s mogućnošću pomicanja u žljebovima 9 u smjeru osi rotacije, a isključujući njihove rotacija u odnosu na prstenasti rotor 7, odvojen elastičnim elementom 10, na primjer, tlačnim oprugama. I pokrivanje izbočina polova s armaturnim namotom magnetskog kruga statorskog prstena. Prstenasti rotor 7 uključuje prstenaste magnetske košuljice 8, elastični element 10 i potisni prsten 11. Stator uključuje prstenasti magnetski krug 2, zavojnice namota armature 3, unutarnje kućište 1 i vanjsko kućište 12 sa središnjim rupama 13 na kraju . Unutarnje kućište 1 nosive jedinice statora upareno je svojom unutarnjom cilindričnom bočnom stijenkom s ležajem 5, a vanjsko kućište 12 s ležajem 6. Prstenasti rotor 7 spojen je na osovinu 4. Prstenasti magnetski krug 2 (s namota 3) statora montiran je na određeno unutarnje kućište 1, koje je kruto pričvršćeno na vanjsko kućište 12, te zajedno s potonjim čine prstenastu šupljinu 14. Ventilator 15 za hlađenje namota armature statora nalazi se na kraju osovine 4. Na vanjskom omotaču ugrađeno je kućište 16. Faze (A, B, C) armaturnog namota 3 na prstenastom magnetskom krugu 2 Statori su međusobno povezani u električni krug.
Sinkroni generator s uzbudom permanentnim magnetom radi na sljedeći način.
Od pogona, na primjer od motora unutarnje izgaranje, kroz pogonsku remenicu klinastog remena (nije prikazano na crtežu), rotacijsko gibanje se prenosi na osovinu 4 s prstenastim rotorom 7. Kada se prstenasti rotor 7 s prstenastim magnetskim košuljicama 8 okreće, stvara se rotirajući magnetski tok, koji prodire zračni prstenasti razmak između prstenastih magnetskih košuljica 8 i prstenaste magnetske jezgre 2 statora, kao i prodorne radijalne izbočine polova (nisu prikazane na crtežu) prstenastog magnetskog kruga 2 statora. Kada prstenasti rotor 7 rotira, "sjeverni" i "južni" izmjenični magnetski polovi prstenastih magnetskih košuljica 8 također naizmjenično prolaze preko izbočina radijalnih polova prstenaste magnetske jezgre 2 statora, uzrokujući rotaciju magnetskog toka i u veličina i smjer u radijalnim polnim izbočinama prstenaste magnetske jezgre 2. U ovom slučaju, sinusoidni val je induciran u armaturnom namotu 3 statora elektromotorna sila(EMF) s faznim pomakom između sebe pod kutom od 120 stupnjeva i s frekvencijom jednakom umnošku broja pari (p) magnetskih polova u prstenastom magnetskom umetku 8 s frekvencijom rotacije prstenastog rotora 7 Izmjenična struja (na primjer, trofazna) koja teče kroz namot armature statora 3, dovodi se do izlaznih konektora električne energije (nisu prikazani na crtežu) za spajanje prijemnika električna energija naizmjenična struja.
Kako se opterećenje generatora povećava, struja koja teče kroz namot armature statora 3 se povećava, a povećava se i privlačna sila koja djeluje na prstenaste magnetske košuljice 8. Potonji se uvlače u zračni raspor, komprimirajući elastični element 10, povećavajući magnetski tok prstenastih magnetskih košuljica 8. Zbog toga se napon na stezaljkama namota 3 statora generatora stabilizira. Osiguravanje statora s naznačenom prstenastom magnetskom jezgrom 2 i prstenastim rotorom 7 montiranim na jednoj osovini 4, kao i prstenastim rotorom sa sposobnošću uvlačenja prstenastih magnetskih obloga 8 u zračni raspor, omogućuje stabilizaciju izlaznog napona i djelatna snaga sinkronog generatora unutar zadanih granica.
Dakle, predloženo tehničko rješenje omogućuje stabilizaciju i izlaznog napona i djelatne snage pri promjeni električnog opterećenja generatora.
Predloženi sinkroni generator s uzbudom od trajnih magneta može se koristiti uz odgovarajuću komutaciju namota armature statora za opskrbu električnom energijom širokog spektra višefaznih izmjeničnih električnih prijemnika s različitim parametrima napona napajanja.
Sinkroni generator s uzbudom od trajnih magneta, koji sadrži nosivi statorski sklop s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s polovinim izbočinama po obodu, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na polove izbočine, s višefaznim namotajem armature statora, postavljen na noseću osovinu s mogućnošću rotacije u nosivim ležajevima oko prstenaste magnetske jezgre statora, prstenasti rotor s prstenastom magnetskom košuljicom postavljenom na unutarnju bočnu stijenku s magnetskim polovima koji se izmjenjuju u obodnom smjeru od p-parova, pokrivanje izbočina polova s električnim zavojnicama armaturnog namota prstenaste magnetske jezgre statora, naznačeno time što je magnetska košuljica izrađena u obliku dva identična prstena koji se mogu pomicati u aksijalnom smjeru, s elastičnim elementom smještenim između prstenova .
Slični patenti:
Ovaj izum se odnosi na električni stroj (1) za hibridna ili električna vozila. Stroj sadrži vanjski rotor, stator (2) smješten unutar rotora (3), rotor sadrži nosivi element rotora (4), ploče rotora (5) i permanentne magnete (6), nosivi element rotora (4) sadrži prvi, radijalno koji se proteže dio (7) nosivog elementa i drugi aksijalno protežući dio (8) nosećeg elementa, koji je povezan s njim, drugi dio (8) nosivog elementa nosi rotorske ploče (5) i trajni magneti (6), a stator (2) ima statorske ploče (9) i namote (10), namoti čine glave namota (11, 12), koje se protežu aksijalno s obje strane iznad statorskih ploča (9), također ima rotorni kotač (14), koji je povezan s nosećim elementom (4) rotora.
Beskontaktni sinkroni generatori s permanentnim magnetima (SGPM) imaju jednostavan električni krug, ne troše energiju za pobudu i imaju povećanu učinkovitost, visoko su pouzdani, manje su osjetljivi na djelovanje reakcije armature od konvencionalnih strojeva, njihovi nedostaci su povezani s niskim regulacijskim svojstvima zbog činjenice da se radni tok permanentnih magneta ne može mijenjati unutar širokih granica. Međutim, u mnogim slučajevima ova značajka nije presudna i ne sprječava njihovu široku upotrebu.
Većina CVPM-ova koji se trenutno koriste ima magnetski sustav s permanentnim magnetima koji se okreću. Stoga se magnetski sustavi međusobno razlikuju uglavnom po izvedbi rotora (induktora). Stator SGPM-a ima gotovo isti dizajn kao u klasičnim izmjeničnim strojevima; obično sadrži cilindrični magnetski krug sastavljen od ploča elektrotehničkog čelika, na čijoj unutarnjoj površini postoje utori za postavljanje namota armature. Za razliku od konvencionalnih sinkronih strojeva, radni razmak između statora i rotora u SGPM odabran je tako da bude minimalan, na temelju tehnoloških mogućnosti. Dizajn rotora uvelike je određen magnetskim i tehnološkim svojstvima tvrdog magnetskog materijala.
Rotor s cilindričnim magnetom
Najjednostavniji je rotor s monolitnim cilindričnim prstenastim magnetom (Sl. 5.9, A). Magnet 1 je izrađen od lijevanog materijala i pričvršćen je na osovinu pomoću rukavca 2, na primjer, izrađenog od aluminijske legure. Magnetiziranje magneta provodi se u radijalnom smjeru na višepolnoj instalaciji za magnetiziranje. Budući da je mehanička čvrstoća magneta mala, pri velikim linearnim brzinama magnet se stavlja u omotač (zavoj) od nemagnetskog materijala.
Vrsta rotora s cilindričnim magnetom je montažni rotor izrađen od pojedinačnih segmenata 1 izrađenih od nemagnetske čelične ljuske 3 (slika 5.9, b). Magnetizirani radijalno segmentirani magneti 1 postavljeni su na rukavac 2 izrađen od magnetskog čelika i pričvršćeni na bilo koji način, na primjer pomoću ljepila. Generatori s rotorom ovog dizajna, kada je magnet stabiliziran u slobodnom stanju, imaju oblik EMF krivulje blizu sinusoidnog. Prednost rotora s cilindričnim magnetom je jednostavnost i proizvodnost dizajna. Nedostatak - mala upotreba volumena magneta zbog kratke duljine sredine Dalekovod motke h I. S povećanjem broja polova vrijednost h a upotreba magneta volumen se smanjuje i pogoršava.
Slika 5.9 - Rotori S cilindrični magnet: a - monolitni, b - montažni
Zvjezdasti magnetni rotori
U SGPM sa snagom do 5 kVA naširoko se koriste zvjezdasti rotori s izraženim polovima bez polovičnih papuča (Sl. 5.10, A). U ovom dizajnu, zvjezdasti magnet se često pričvršćuje na osovinu punjenjem nemagnetskom legurom 2. Magnet se također može pričvrstiti izravno na osovinu. Da bi se smanjio učinak demagnetiziranja reakcijskog polja armature tijekom struje kratkog spoja na rotoru, u nekim se slučajevima pretpostavlja sustav prigušivača 3. Potonji se provodi, u pravilu, punjenjem rotora aluminijem. Pri velikim brzinama rotacije, na magnet se pritisne nemagnetski zavoj.
Međutim, kada je generator preopterećen, poprečna reakcija armature može uzrokovati asimetrično preokretanje magnetizacije rubova polova. Takav preokret magnetizacije iskrivljuje oblik polja u radnom rasporu i oblik EMF krivulje.
Jedan od načina smanjenja utjecaja armaturnog polja na magnetsko polje je uporaba polenih papuča od mekog magnetskog čelika. Promjenom širine papuča stupova (podešavanjem fluksa propuštanja polova) moguće je postići optimalno korištenje magnet. Osim toga, promjenom konfiguracije stupnih papuča moguće je dobiti željeni oblik polja u radnom rasporu generatora.
Na sl. 5.10, b prikazuje dizajn sastavljenog zvjezdastog rotora s prizmatičnim trajnim magnetima s polnim papučama. Radijalno magnetizirani magneti 1 postavljeni su na rukavac 2 izrađen od mekog magnetskog materijala. Na polu magneta nalaze se 3 postavljene poluge izrađene od magnetskog čelika. Da bi se osigurala mehanička čvrstoća ba
Slika 5.10 - Zvjezdasti rotori: a - bez polnih papuča; b - montažni s motkama
Šmukovi su zavareni na nemagnetske umetke 4, tvoreći zavoj. Praznine između magneta mogu se ispuniti aluminijskom legurom ili spojem.
Nedostaci zvjezdastih rotora s polnim papučicama su složenost konstrukcije i smanjeno punjenje volumena rotora magnetima.
Rotori s polovima u obliku kandži.
U generatorima s velikim brojem polova naširoko se koristi dizajn rotora s polovima u obliku kandži. Rotor u obliku čavla (sl. 5.11) sadrži cilindrični magnet 1, magnetiziran u aksijalnom smjeru, postavljen na nemagnetsku čahuru 2. Krajevi magneta su uz prirubnice 3 i 4 s mekim magnetskim čelicima i imaju kandžu -oblikovane izbočine koje tvore motke. Sve projekcije lijevog ruba su sjeverni polovi, a sve projekcije desnog ruba su južni polovi. Izbočine prirubnice izmjenjuju se po obodu rotora, tvoreći višepolni sustav pobude. Snaga generatora može se značajno povećati ako koristite modularni princip, postavljajući nekoliko magneta s polovima u obliku kandži na osovinu.
Nedostaci kandžastih rotora su: relativna složenost dizajna, poteškoće magnetiziranja magneta u sastavljenom rotoru, veliki fluksevi curenja, krajevi izbočina mogu se saviti kada visoke frekvencije rotacije, imao je mjeru punjenja volumena rotora magnetom.
Postoje izvedbe rotora s različitim kombinacijama PM-a: sa serijskim i paralelnim spojem MRS magneta, s regulacijom napona zbog aksijalnog pomicanja rotora u odnosu na stator, sustavi za zajedničko upravljanje pobudom PMSG-a iz PM-a i paralelnog radni elektromagnetski namot itd. Za električne instalacije bez zupčanika najbolje rješenje je korištenje SGPM multi-
Slika 5.11 - Kandžasti rotor
dizajn stupova. U Njemačkoj, Ukrajini i drugim zemljama postoji iskustvo u razvoju i korištenju generatora niske brzine za vjetroturbine bez zupčanika s brzinom vrtnje od 125-375 o/min.
Zbog glavnog zahtjeva za vjetroturbinu bez reduktora – imati niska frekvencija rotacija generatora - dimenzije i težina SGPM-a ispadaju precijenjeni u usporedbi s generatorima velike brzine s približno istom snagom. Kućište 1 (sl. 5.12) sadrži konvencionalni stator 2 s namotom 3. Rotor (induktor) 4 s pločama neodim-željezo-bor 5 zalijepljenim na vanjsku površinu montiran je na osovinu 6 s ležajevima 7. Kućište 1 je pričvršćeno na baza 8, ona je povezana s nosačem vjetroturbine, a rotor 4 je spojen na osovinu vjetroturbine (nije prikazano na slici 5.12).
Pri malim brzinama vjetra vjetroturbine moraju koristiti generatore s niske brzine rotacija. U tom slučaju sustav često nema mjenjač i osovina je izravno povezana s osovinom elektrogeneratora. To postavlja problem dobivanja dovoljno visokog izlaznog napona i električne snage. Jedan od načina rješavanja je višepolni električni generator s rotorom koji je dovoljno velikog promjera. Rotor električnog generatora može se izraditi pomoću stalnih magneta. Električni generator s rotorom s permanentnim magnetom nema komutator i četke, što
Slika 5.12 - Strukturni dijagram SGPM za vjetroturbinu bez zupčanika: 1- kućište; 2 - stator; 3 - namotavanje; 4 - rotor; 5 - ploče trajnog magneta s Nd-Fe-B; 6 - osovina; 7 - ležajevi; 8 - baza
značajno povećava njegovu pouzdanost i vrijeme rada bez održavanja i popravka.
Električni generator s rotorom s permanentnim magnetom može se izgraditi prema različite sheme, razlikuju se jedan od drugog u općem rasporedu namota i magneta. Magneti s izmjeničnim polaritetom nalaze se na rotoru generatora. Namoti s izmjeničnim smjerom namota nalaze se na statoru generatora. Ako su rotor i stator koaksijalni diskovi, tada se ova vrsta generatora naziva aksijalni ili disk (slika 5.13).
Ako su rotor i stator koaksijalni koaksijalni cilindri, tada se ovaj tip generatora naziva radijalnim ili cilindričnim (slika 5.14). U generatoru radijalnog tipa, rotor može biti unutarnji ili vanjski u odnosu na stator.
Slika 5.13 - Pojednostavljeni dijagram električnog generatora s rotorom s aksijalnim (disk) trajnim magnetom
Slika 5.14 - Pojednostavljeni dijagram električnog generatora s radijalnim (cilindričnim) rotorom s permanentnim magnetom
Važna značajka sinkronih generatora s PM u usporedbi s konvencionalnim sinkronim generatorima je poteškoća u regulaciji izlaznog napona i njegovoj stabilizaciji. Ako je u konvencionalnim sinkronim strojevima moguće glatko regulirati radni protok i napon promjenom uzbudne struje, onda u strojevima s permanentnim magnetima to nije moguće, budući da je protok F unutar zadanog povratnog voda i neznatno se mijenja. Za regulaciju i stabilizaciju napona sinkronih generatora s permanentnim magnetima potrebno je koristiti posebne metode.
Jedan od mogućih načina stabilizacije napona sinkronih generatora je uvođenje u vanjski strujni krug generator kapacitivnih elemenata koji doprinose pojavi uzdužne reakcije magnetiziranja armature. Vanjske karakteristike generatora s kapacitivnom prirodom opterećenja malo se mijenjaju i mogu čak sadržavati rastuće dijelove. Kondenzatori koji osiguravaju kapacitivnu prirodu opterećenja izravno su spojeni u seriju na strujni krug opterećenja (Sl. 5.15, A) ili kroz niskonaponski transformator, koji vam omogućuje smanjenje mase kondenzatora povećanjem njihovog radnog napona i smanjenjem struje (slika S.1S, b). Također je moguće spojiti kondenzator paralelno s krugom generatora (sl. 5.15, e).
Slika 5.15 - uključivanje stabilizirajućih kondenzatora u krug sinkronog generatora s trajnim magnetima
Dobra stabilizacija izlaznog napona generatora s PM može se postići pomoću rezonantnog kruga koji sadrži kapacitet C i prigušnicu zasićenja L. Krug je spojen paralelno s opterećenjem, kao što je prikazano na sl. 5.16, A u jednoj fazi slike. Zbog zasićenja induktora, njegov induktivitet se smanjuje s povećanjem struje, a ovisnost napona na induktoru o struji induktora je nelinearna (slika 5.16, b). Istodobno, ovisnost napona o kapacitetu o struji je linearna. U točki presjeka krivulja i , što odgovara nazivnom naponu generatora
Slika 5.16 - stabilizacija napona sinkronog generatora s trajnim magnetima pomoću rezonantnog kruga: a - dijagram spajanja kruga; b - strujno-naponske karakteristike(b)
torusa, u strujnom krugu dolazi do rezonancije struje, odnosno jalova struja ne ulazi u strujni krug izvana.
Ako se napon smanjuje, tada, kao što se može vidjeti na sl. 4.15, b, kada imamo , tj. krug uzima kapacitivnu struju od generatora. Uzdužna reakcija magnetiziranja armature koja se javlja u ovom slučaju doprinosi rastu U . Ako, tada krug također uzima induktivnu struju iz generatora. Uzdužna reakcija demagnetiziranja armature dovodi do smanjenja U.
U nekim slučajevima, za stabilizaciju napona generatora, koriste se prigušnice zasićenja (SC), koje se magnetiziraju istosmjernom strujom iz sustava regulacije napona. Kako se napon smanjuje, regulator povećava struju magnetiziranja u induktoru, njegov induktivitet se smanjuje zbog zasićenja jezgre, smanjuje se učinak uzdužne reakcije demagnetiziranja armature, kao i pad napona na DN, što pomaže vratiti izlaz napon generatora.
Regulacija napona i stabilizacija generatora s PM-om mogu se učinkovito provesti pomoću poluvodičkog pretvarača, u čijoj svakoj fazi postoje dva tiristora back-to-back. Svaki poluval krivulje napona ispred pretvarača odgovara prednjem naponu na jednom od tiristora. Ako upravljački sustav šalje signale za uključivanje tiristora s određenim kašnjenjem, što odgovara kutu upravljanja. Kako se napon iza pretvarača povećava, on se smanjuje; kako se napon na stezaljkama generatora smanjuje, kut se smanjuje tako da je napon na generatoru . Koristeći takav pretvarač, možete ne samo stabilizirati, već i regulirati izlazni napon u širokom rasponu, mijenjajući kut. Nedostatak opisanog sklopa je što s porastom dolazi do pogoršanja kvalitete napona zbog pojave viših harmonika.
Opisani načini regulacije i stabilizacije napona povezani su s uporabom teških i glomaznih dodatnih uređaja izvan generatora. Ovaj cilj je moguće postići korištenjem dodatnog namota magnetskog polja (WW) u generatoru istosmjerna struja, mijenja stupanj zasićenja čeličnih magnetskih žica i time mijenja vanjsku magnetsku vodljivost u odnosu na magnet.
U sinkronim strojevima ove vrste stalno usmjereno pobudno polje stvara se pomoću permanentnih magneta. Sinkroni strojevi s trajnim magnetima ne zahtijevaju pobudnik i zbog nepostojanja pobude i gubitaka na kliznom kontaktu imaju visoka efikasnost, njihova je pouzdanost znatno veća od pouzdanosti konvencionalnih sinkronih strojeva, u kojima se često oštećuju namot rotirajućeg polja i uređaj četke; Osim toga, ne zahtijevaju gotovo nikakvo održavanje tijekom cijelog radnog vijeka.
Trajni magneti mogu zamijeniti namot polja kako u konvencionalnim polifaznim sinkronim strojevima tako iu svim gore opisanim specijalnim izvedbama (jednofazni sinkroni strojevi, kljunasto-polni sinkroni strojevi i induktorski strojevi).
Sinkroni strojevi s trajnim magnetima razlikuju se od svojih kolega s elektromagnetskom pobudom u dizajnu induktorskih magnetskih sustava. Analog rotora konvencionalnog sinkronog stroja bez istaknutih polova je cilindrični magnet u obliku prstena magnetiziran u radijalnom smjeru (slika 6).
Indukcijski magnetski sustavi s cilindričnim i zvjezdastim magnetima;
a - zvjezdasti magnet bez polovičnog papuča; b - četveropolni cilindrični magnet
Riža. 2. Rotor s kandžastim polovima, pobuđen stalnim magnetom:
1 - prstenasti trajni magnet; 2 - disk sa sustavom južnog pola; 3 - disk sa sustavom sjevernog pola
Rotor s istaknutim polom konvencionalnog stroja s elektromagnetskom pobudom sličan je rotoru s magnetom u obliku zvijezde na sl. 1, a, u kojem je magnet 1 montiran na osovinu 3 lijevanjem aluminijske legure 2.
U rotoru s polovima u obliku kandži (slika 2), prstenasti magnet, magnetiziran u aksijalnom smjeru, zamjenjuje prstenasti namot polja. U suprotnopolnom induktorskom stroju prema Sl. elektromagnetska pobuda može se zamijeniti magnetskom pobudom, kao što je prikazano na sl. 3 (umjesto tri mala zuba u svakoj od zona I-IV, ovdje je po jedan zub u svakoj od zona). Sličnopolni stroj također ima odgovarajući analog s magnetskom pobudom. Permanentni magnet može u ovom slučaju biti izrađen u obliku prstena magnetiziranog u aksijalnom smjeru, koji je umetnut između okvira i ležajnog štita. 
Riža. 3. Induktorski suprotnopolni generator s magnetoelektričnom pobudom:
OYA - namot armature; PM - stalni magnet
Za opisivanje elektromagnetskih procesa u sinkronim strojevima s permanentnim magnetima sasvim je prikladna teorija sinkronih strojeva s elektromagnetskom pobudom, čiji su temelji izneseni u prethodnim poglavljima odjeljka. Međutim, da bi se iskoristila prednost te teorije i primijenila je za proračun karakteristika sinkronog stroja s permanentnim magnetima u generatorskom ili motornom načinu rada, potrebno je najprije odrediti EMF praznog hoda E, odnosno faktor uzbude r = Ef / U, iz krivulje demagnetizacije trajnog magneta i izračunajte induktivne reaktancije Xad i X uzimajući u obzir utjecaj magnetskog otpora magneta, koji može biti toliko značajan da Xa(1< Xaq.
Strojevi s trajnim magnetima izumljeni su u zoru razvoja elektromehanike. Međutim široka primjena dobili su tijekom proteklih desetljeća u vezi s razvojem novih materijala za trajne magnete s visokom specifičnom magnetskom energijom (na primjer, tip Magnico ili legure na bazi samarija i kobalta). Sinkroni strojevi s takvim magnetima svojom težinom, veličinom i radnim karakteristikama u određenom rasponu snage i brzine vrtnje mogu dobro konkurirati sinkronim strojevima s elektromagnetskom pobudom.
Snaga brzih sinkronih generatora s trajnim magnetima za napajanje mreže u zrakoplovu doseže desetke kilovata. Generatori i motori s permanentnim magnetima male snage koriste se u zrakoplovima, automobilima i traktorima, gdje je njihova visoka pouzdanost od najveće važnosti. Kao motori mala snaga naširoko se koriste u mnogim drugim područjima tehnologije. U usporedbi s mlaznim motorima, imaju veću stabilnost brzine i bolju energetsku učinkovitost, dok su inferiorni u cijeni i startnim svojstvima.
Prema načinu pokretanja, sinkroni motori male snage s permanentnim magnetima dijele se na motore sa samopokretanjem i motore s asinkronim pokretanjem.
Samopokretni motori male snage s permanentnim magnetima koriste se za pogon satnih mehanizama i raznih releja, raznih programskih uređaja itd. Nazivna snaga ovih motora ne prelazi nekoliko vata (obično djelić vata). Radi lakšeg pokretanja, motori su višepolni (p > 8) i dobivaju napajanje iz jednofazne mreže električne frekvencije.
U našoj zemlji se takvi motori proizvode u seriji DSM, u kojoj se za stvaranje višepolnog polja koristi kljunasti dizajn magnetskog kruga statora i jednofazni namot armature.
Ovi se motori pokreću zahvaljujući sinkronom momentu iz interakcije pulsirajućeg polja s trajnim magnetima rotora. Kako bi se lansiranje dogodilo uspješno iu željenom smjeru, koriste se posebni mehanički uređaji koji omogućuju rotoru da se okreće samo u jednom smjeru i odvajaju ga od osovine tijekom sinkronizacije
Sinkroni motori male snage s permanentnim magnetima s asinkronim pokretanjem dostupni su s radijalnim rasporedom trajnog magneta i startnog kratkospojnog namota te s aksijalnim rasporedom permanentnog magneta i startnog kratkospojnog namota. Po konstrukciji statora ovi se motori ne razlikuju od strojeva s elektromagnetskom pobudom. Namot statora u oba slučaja je dvofazni ili trofazni. Razlikuju se samo u dizajnu rotora.
U motoru s radijalnim rasporedom magneta i kratkospojenim namotom, potonji se postavlja u utore laminiranih polova trajnih magneta.Da bi se dobili prihvatljivi tokovi curenja, postoje nemagnetski razmaci između vrhova susjednih polova. Ponekad, kako bi se povećala mehanička čvrstoća rotora, vrhovi se spajaju pomoću mostova koji se mogu zasititi u cijelu prstenastu jezgru.
U motoru s aksijalnim rasporedom magneta i kratkospojenim namotom, dio aktivne duljine zauzima permanentni magnet, a na drugom dijelu, uz magnet, nalazi se laminirani magnetski krug s kratkospojenim namotom. , a i permanentni magnet i laminirani magnetski krug montirani su na zajedničko vratilo. Zbog činjenice da tijekom pokretanja motori s permanentnim magnetima ostaju pobuđeni, njihov start teče nepovoljnije nego kod konvencionalnih sinkronih motora, kod kojih je pobuda isključena. To se objašnjava činjenicom da tijekom pokretanja, zajedno s pozitivnim asinkronim momentom od interakcije rotirajućeg polja sa strujama induciranim u kratkospojenom namotu, na rotor utječe negativni asinkroni moment od interakcije permanentnih magneta sa strujama induciran poljem stalnih magneta u namotu statora.
Uzbuda sinkronog stroja i njegova magnetska polja. Uzbuda sinkronog generatora.
Uzbudni namot sinkronog generatora (SG) nalazi se na rotoru i prima istosmjernu struju iz vanjskog izvora. Ono stvara glavno magnetsko polje stroja, koje se okreće s rotorom i zatvara duž cijelog magnetskog kruga. Tijekom rotacije ovo polje prelazi vodiče namota statora i inducira u njima EMF E10.
Za napajanje uzbudnog namota snažnog S.G. koriste se posebni generatori – pobudnici. Ako su instalirani zasebno, tada se napajanje dovodi do namota polja kroz klizne prstenove i aparat s četkom. Za snažne turbogeneratore, pobudnici (sinkroni generatori "obrnutog tipa") obješeni su na osovinu generatora, a zatim se uzbudni namot napaja preko poluvodičkih ispravljača postavljenih na osovinu.
Snaga potrošena na pobudu je približno 0,2 - 5% nazivne snage S.G., s manjom vrijednošću za velike S.G.
Generatori srednje snage često koriste sustav samouzbude - od mreže namota statora preko transformatora, poluvodičkih ispravljača i prstenova. U vrlo malim S.G. Ponekad se koriste trajni magneti, ali to ne dopušta podešavanje veličine magnetskog toka.
Uzbudni namot može biti koncentriran (za sinkrone generatore s istaknutim polovima) ili raspodijeljen (za sinkrone generatore s neistaknutim polovima).
Magnetski krug S.G.
Magnetski sustav S.G. je razgranati magnetski krug s 2 paralelne grane. U ovom slučaju, magnetski tok koji stvara pobudni namot zatvoren je duž sljedećih dijelova magnetskog kruga: zračni raspor "?" - dvaput; zona zuba statora hZ1 – dva puta; stator natrag L1; nazubljeni sloj rotora "hZ2" - dva puta; rotor natrag – “LOB”. U generatorima sa istaknutim polovima, rotor ima polove rotora "hm" - dva puta (umjesto zubnog sloja) i križni LOB (umjesto leđa rotora).
Slika 1 pokazuje da su paralelne grane magnetskog kruga simetrične. Također se može vidjeti da je glavni dio magnetskog toka F zatvoren u cijelom magnetskom krugu i spojen je i na namot rotora i na namot statora. Manji dio magnetskog toka Fsigma (žao nam je, nema simbola) zatvara se samo oko namota polja, a zatim duž zračnog raspora bez zahvaćanja namota statora. Ovo je magnetski tok curenja rotora.
Slika 1. Magnetski krugovi S.G.
tip s istaknutim polom (a) i tipom s neistaknutim polom (b).
U ovom slučaju ukupni magnetski tok Fm jednak je:
gdje je SIGMAm koeficijent disipacije magnetskog toka.
MMF uzbudnog namota po paru polova u načinu rada bez opterećenja može se odrediti kao zbroj komponenata MMF-a potrebnih za prevladavanje magnetskog otpora u odgovarajućim dijelovima kruga.
Područje zračnog raspora u kojem je magnetska penetracija µ0 = const konstantna ima najveći magnetski otpor. U predstavljenoj formuli, wB je broj serijski spojenih zavoja namota polja po paru polova, a IBO je struja polja u praznom hodu.
Kako se magnetski tok povećava, čelik magnetskog kruga ima svojstvo zasićenja, stoga je magnetska karakteristika sinkronog generatora nelinearna. Ova karakteristika kao ovisnost magnetskog toka o struji uzbude F = f(IV) ili F = f(FV) može se konstruirati proračunom ili odrediti eksperimentalno. Izgleda kao što je prikazano na slici 2.
Slika 2. Magnetska karakteristika S.G.
Obično S.G. izvedena tako da je pri nazivnoj vrijednosti magnetskog toka F magnetski krug zasićen. U ovom slučaju, odjeljak "ab" magnetske karakteristike odgovara MMF-u pri prevladavanju zračnog raspora od 2Fsigma, a odjeljak "vc" odgovara prevladavanju magnetskog otpora čelika magnetske jezgre. Zatim stav 
može se nazvati koeficijentom zasićenja magnetskog kruga u cjelini.
Brzina praznog hoda sinkronog generatora
Ako je krug namota statora otvoren, tada u S.G. Postoji samo jedno magnetsko polje - stvoreno MMF namota polja.
Sinusoidna raspodjela indukcije magnetskog polja potrebna za dobivanje sinusoidnog EMF namota statora osigurava se:
- u istaknutom polu S.G. oblik polova rotora (ispod sredine pola razmak je manji nego ispod njegovih rubova) i kosina statorskih utora.
- u neisturenom polu S.G. – raspodjelom namota polja po utorima rotora ispod sredine pola razmak je manji nego ispod njegovih rubova i kosina utora statora.
U višepolnim strojevima koriste se namoti statora s frakcijskim brojem utora po polu i fazi.
Slika 3. Osiguranje sinusoidalnosti magnetskog
pobudna polja
Budući da je EMF statorskog namota E10 proporcionalan magnetskom toku FO, a struja u uzbudnom namotu IVO proporcionalna MMF uzbudnog namota FVO, lako je konstruirati ovisnost: E0 = f(IVO) identična na magnetsku karakteristiku: F = f(FVO). Ta se ovisnost naziva karakteristika praznog hoda (H.H.H.) S.G. Omogućuje vam određivanje parametara S.G.-a i izradu njegovih vektorskih dijagrama.
Obično H.H.H. konstruirani su u relativnim jedinicama e0 i iBO, tj. trenutna vrijednost količina odnosi se na njihove nominalne vrijednosti
U ovom slučaju H.H.H. naziva normalna karakteristika. Zanimljivo je da normalni X.H.H. za gotovo sve S.G. isti su. U stvarnim uvjetima, H.H.H. ne počinje od ishodišta koordinata, već od određene točke na ordinatnoj osi, koja odgovara zaostalom EMF e RES., uzrokovanom zaostalim magnetskim tokom čelika magnetske jezgre.
Slika 4. Karakteristike praznog hoda u relativnim jedinicama
Shematski dijagrami uzbuđenje S.G. s pobudom a) i samopobudom b) prikazani su na slici 4.
Slika 5. Shematski dijagrami pobude S.G.
Magnetsko polje S.G. pod opterećenjem.
Za učitavanje S.G. ili povećati njegovo opterećenje, potrebno je smanjiti električni otpor između faznih priključaka namota statora. Tada će struje teći kroz zatvorene krugove faznih namota pod utjecajem EMF namota statora. Ako pretpostavimo da je ovo opterećenje simetrično, tada fazne struje stvaraju MMF trofaznog namota, koji ima amplitudu
a vrti se duž statora brzinom vrtnje n1 jednakom brzini rotora. To znači da se MMF namota statora F3F i MMF uzbudnog namota FB, koji miruju u odnosu na rotor, vrte istim brzinama, tj. sinkrono. Drugim riječima, oni su nepomični jedni u odnosu na druge i mogu međusobno djelovati.
U isto vrijeme, ovisno o prirodi opterećenja, ti MMF-ovi mogu biti različito usmjereni jedan u odnosu na drugi, što mijenja prirodu njihove interakcije, a time i radna svojstva generatora.
Napomenimo još jednom da se utjecaj MMF namota statora F3F = Fa na MMF namota rotora FB naziva "reakcija armature".
U generatorima s neistaknutim polovima, zračni raspor između rotora i statora je ujednačen, stoga je indukcija B1 koju stvara MMF statorskog namota raspoređena u prostoru poput MMF F3F = Fa sinusoidalno, bez obzira na položaj rotora. i namota polja.
U generatorima s istaknutim polovima, zračni raspor je neravnomjeran i zbog oblika polova i međupolarnog prostora ispunjenog bakrom u pobudnom namotu i izolacijski materijali. Stoga je magnetski otpor zračnog raspora ispod polova znatno manji nego u području međupolarnog prostora. Os pola rotora S.G. nazivaju uzdužnom osi d - d, a os međupolarnog prostora transverzalnom osi S.G. q - q.
To znači da indukcija magnetskog polja statora i graf njegove raspodjele u prostoru ovise o položaju MMF vala F3F namota statora u odnosu na rotor.
Pretpostavimo da se amplituda MMF namota statora F3F = Fa podudara s uzdužnom osi stroja d - d, a prostorna raspodjela ovog MMF je sinusoidna. Uzmimo također da je uzbudna struja nula Ivo = 0.
Radi jasnoće, na slici ćemo prikazati linearno skeniranje ovog MMF-a, iz kojeg se može vidjeti da je indukcija magnetskog polja statora u području polovnog dijela prilično velika, a u području međupolarnom prostoru naglo se smanjuje do gotovo nule zbog velikog otpora zraka.
Slika 6. Linearni pregled MMF namota statora po uzdužnoj osi.
Takva neravnomjerna raspodjela indukcije s amplitudom B1dmax može se zamijeniti sinusoidnom raspodjelom, ali s manjom amplitudom B1d1max.
Ako se maksimalna vrijednost MMF statora F3F = Fa podudara s poprečnom osi stroja, tada će uzorak magnetskog polja biti drugačiji, kao što se može vidjeti iz linearnog skeniranja MMF stroja.
Slika 7. Linearno skeniranje MMF namota statora po poprečnoj osi.
I ovdje je količina indukcije u području vrhova polova veća nego u području međupolarnog prostora. I posve je očito da je amplituda glavnog harmonika indukcije polja statora B1d1 duž uzdužne osi veća od amplitude indukcije polja B1q1 duž transverzalne osi. Stupanj smanjenja indukcije B1d1 i B1q1, koji je uzrokovan neravnomjernošću zračnog raspora, uzima se u obzir pomoću koeficijenata:
Oni ovise o mnogim čimbenicima, a posebno o omjeru sigma/tau (žao nam je što nema simbola) (relativna veličina zračnog raspora), o omjeru
(koeficijent preklapanja polova), gdje je VP širina polarnog dijela, i drugi faktori.
Predmetni izum odnosi se na područje elektrotehnike, točnije na električne strojeve bez četkica, posebno na istosmjerne električne generatore, i može se koristiti u bilo kojem području znanosti i tehnologije koje zahtijeva autonomne izvore energije. Tehnički rezultat je stvaranje kompaktnog, visoko učinkovitog električnog generatora, koji omogućuje, uz zadržavanje relativno jednostavnog i pouzdanog dizajna, široku promjenu izlaznih parametara električne struje ovisno o radnim uvjetima. Bit izuma je da se sinkroni generator bez četkica s trajnim magnetima sastoji od jedne ili više sekcija, od kojih svaka uključuje rotor s kružnom magnetskom jezgrom, na koju je pričvršćen paran broj permanentnih magneta s istim korakom, stator koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove koji su postavljeni u parovima jedan nasuprot drugome i koji imaju dvije zavojnice s uzastopnim suprotnim smjerovima namotaja, uređaj za ispravljanje električne struje. Permanentni magneti pričvršćeni su na magnetsku jezgru na način da tvore dva paralelna reda polova uzdužno i poprečno naizmjeničnog polariteta. Elektromagneti su usmjereni preko ovih redova polova tako da se svaki od svitaka elektromagneta nalazi iznad jednog od paralelnih redova polova rotora. Broj polova u jednom redu, jednak n, zadovoljava relaciju: n=10+4k, gdje je k cijeli broj koji ima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd. Broj elektromagneta u generatoru obično ne prelazi broj (n-2). 12 plaća f-ly, 9 ilustr.
Nacrti za RF patent 2303849
Predmetni izum odnosi se na električne strojeve bez četkica, posebno na istosmjerne električne generatore, i može se koristiti u bilo kojem području znanosti i tehnologije koje zahtijeva autonomne izvore energije.
Sinkroni izmjenični strojevi imaju široku primjenu u proizvodnji i potrošnji električne energije. Svi sinkroni strojevi imaju svojstvo reverzibilnosti, odnosno svaki od njih može raditi i u generatorskom i u motornom načinu.
Sinkroni generator sadrži stator, obično šuplji lamelirani cilindar s uzdužnim utorima na unutarnjoj površini u kojem se nalazi namot statora, i rotor, koji su permanentni magneti izmjeničnog polariteta smješteni na osovini koja se može pokretati na jedan način ili još. U industrijskim generatorima velike snage uzbudni namot smješten na rotoru koristi se za stvaranje uzbudljivog magnetskog polja. Sinkroni generatori relativno male snage koriste permanentne magnete smještene na rotoru.
Pri konstantnoj brzini vrtnje, oblik EMF krivulje koju stvara generator određen je samo zakonom raspodjele magnetske indukcije u rasporu između rotora i statora. Stoga se za dobivanje napona na izlazu generatora određenog oblika i za učinkovitu pretvorbu mehaničke energije u električnu koriste različite geometrije rotora i statora, a optimalan broj stalnih magnetskih polova i broj zavoja odabire se namot statora (US 5117142, US 5537025, DE 19802784, EP 0926806, WO 02/003527, US 2002153793, US 2004021390, US 2004212273, US 2004155537). Navedeni parametri nisu univerzalni, već se odabiru ovisno o uvjetima rada, što često dovodi do pogoršanja ostalih karakteristika elektrogeneratora. Osim toga, složeni oblik rotora ili statora komplicira proizvodnju i montažu generatora i, kao rezultat toga, povećava cijenu proizvoda. Rotor sinkronog magnetoelektričnog generatora može imati drugačiji oblik Na primjer, pri maloj snazi rotor se obično izrađuje u obliku "zvijezde", pri srednjoj snazi - s polovima u obliku kandži i cilindričnim trajnim magnetima. Rotor s polovima u obliku kandži omogućuje dobivanje generatora s disperzijom polova, koja ograničava udarnu struju u slučaju iznenadnog kratkog spoja generatora.
U generatoru s trajnim magnetima teško je stabilizirati napon pri promjeni opterećenja (budući da nema povratne magnetske spojke, kao na primjer u generatorima s pobudnim namotom). Za stabilizaciju izlaznog napona i ispravljanje struje koriste se različiti električni krugovi (GB 1146033).
Predmetni izum je usmjeren na stvaranje kompaktnog, visoko učinkovitog električnog generatora, koji omogućuje, uz zadržavanje relativno jednostavnog i pouzdanog dizajna, široko variranje izlaznih parametara električne struje ovisno o radnim uvjetima.
Električni generator izrađen u skladu s ovim izumom je sinkroni generator s permanentnim magnetom bez četkica. Sastoji se od jednog ili više odjeljaka, od kojih svaki uključuje:
Rotor s kružnom magnetskom jezgrom na koju je učvršćen paran broj stalnih magneta s istim korakom,
Stator koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove (u obliku slova U) smještenih u parovima jedan nasuprot drugome i koji ima dvije zavojnice s uzastopnim suprotnim smjerovima namotaja,
Uređaj za ispravljanje električne struje.
Permanentni magneti pričvršćeni su na magnetsku jezgru na način da tvore dva paralelna reda polova uzdužno i poprečno naizmjeničnog polariteta. Elektromagneti su usmjereni preko ovih redova polova tako da se svaki od svitaka elektromagneta nalazi iznad jednog od paralelnih redova polova rotora. Broj polova u jednom redu, jednak n, zadovoljava relaciju: n=10+4k, gdje je k cijeli broj koji ima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd. Broj elektromagneta u generatoru obično ne prelazi broj n-2.
Uređaj za ispravljanje struje obično je jedan od standardnih ispravljačkih krugova izrađenih pomoću dioda: punovalni sa srednjom točkom ili mostom spojen na namote svakog elektromagneta. Ako je potrebno, može se koristiti i drugi krug ispravljanja struje.
Ovisno o radnim karakteristikama električnog generatora, rotor se može nalaziti s vanjske strane statora ili unutar statora.
Električni generator izrađen u skladu s ovim izumom može uključivati nekoliko identičnih dijelova. Broj takvih sekcija ovisi o snazi izvora mehaničke energije (pogonskog motora) i potrebnim parametrima elektrogeneratora. Poželjno je da su sekcije međusobno izvan faze. To se može postići, na primjer, početnim pomicanjem rotora u susjednim sekcijama za kut koji leži u rasponu od 0° do 360°/n; ili kutni pomak elektromagneta statora u susjednim sekcijama jedan u odnosu na drugi. Poželjno, električni generator također uključuje jedinicu regulatora napona.
Suština izuma ilustrirana je sljedećim crtežima:
Slika 1(a) i (b) prikazuje dijagram električnog generatora izrađenog u skladu s ovim izumom, u kojem je rotor smješten unutar statora;
Slika 2 prikazuje sliku jednog dijela električnog generatora;
Slika 3 prikazuje princip električni dijagram električni generator s punovalnim krugom ispravljanja struje srednje točke;
Slika 4 prikazuje shemu električnog generatora s jednim od strujnih strujnih krugova mosta;
Slika 5 prikazuje shemu električnog generatora s drugim strujnim krugom za ispravljanje struje mosta;
Slika 6 prikazuje shematski dijagram električnog generatora s drugim strujnim krugom za ispravljanje struje mosta;
Slika 7 prikazuje shemu električnog generatora s drugim strujnim krugom za ispravljanje struje mosta;
Slika 8 prikazuje dijagram električnog generatora s vanjskim rotorom;
Slika 9 je pogled na generator s više sekcija konstruiran u skladu s ovim izumom.
Slika 1(a) i (b) prikazuje električni generator izrađen u skladu s ovim izumom, koji sadrži kućište 1; rotor 2 s kružnom magnetskom jezgrom 3, na koju je učvršćen paran broj stalnih magneta 4 s istim korakom; stator 5 koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove 6 smještenih u parovima jedan nasuprot drugom, i sredstvo za ispravljanje struje (nije prikazano).
Kućište 1 električnog generatora obično je izliveno od aluminijske legure ili lijevanog željeza ili izrađeno zavareno. Ugradnja električnog generatora na mjesto ugradnje vrši se pomoću šapa 7 ili prirubnice. Stator 5 ima cilindrični unutarnja površina, na koji su s istim korakom pričvršćeni identični elektromagneti 6. U ovom slučaju deset. Svaki od ovih elektromagneta ima dvije zavojnice 8 s uzastopnim suprotnim smjerovima namotavanja, smještene na jezgri 9 u obliku slova U. Paket jezgre 9 je sastavljen od nasjeckanih električnih čeličnih ploča s ljepilom ili zakovicama. Stezaljke namota elektromagneta spojene su preko jednog od strujnih krugova ispravljača (nije prikazano) na izlaz električnog generatora.
Rotor 3 je odvojen od statora zračnim rasporom i nosi paran broj trajnih magneta 4, raspoređenih na takav način da se formiraju dva paralelna reda polova, jednako udaljenih od osi generatora i izmjeničnog pola u uzdužnom i poprečnom smjeru. smjerovima (slika 2). Broj polova u jednom redu zadovoljava sljedeću relaciju: n=10+4k, gdje je k cijeli broj koji ima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd. U ovom slučaju (Slika 1) n=14 (k=1) i prema tome ukupan broj stalnih magnetskih polova je 28. Kada se električni generator okreće, svaki od svitaka elektromagneta prelazi preko odgovarajućeg niza izmjeničnih polova. Permanentni magneti i jezgre elektromagneta oblikovani su tako da minimiziraju gubitke i postižu ravnomjernost (koliko je to moguće) magnetskog polja u zračnom rasporu tijekom rada elektrogeneratora.
Princip rada električnog generatora izrađenog u skladu s ovim izumom sličan je principu rada tradicionalnog sinkronog generatora. Osovina rotora je mehanički povezana s pogonskim motorom (izvorom mehaničke energije). Pod utjecajem momenta pogonskog motora rotor generatora se okreće određenom frekvencijom. U ovom slučaju, u skladu s fenomenom elektromagnetske indukcije, u namotu zavojnica elektromagneta inducira se EMF. Budući da zavojnice pojedinog elektromagneta imaju drugačiji smjer namota i nalaze se u bilo kojem trenutku u zoni djelovanja različitih magnetskih polova, tada se inducirani EMF u svakom od namota zbraja.
Kako se rotor okreće, magnetsko polje permanentnog magneta rotira određenom frekvencijom, tako da se svaki od namota elektromagneta izmjenjuje između sjevernog (N) magnetskog pola i južnog (S) magnetskog pola. U ovom slučaju, promjena polova je popraćena promjenom smjera EMF u namotima elektromagneta.
Namoti svakog elektromagneta spojeni su na uređaj za ispravljanje struje, koji je obično jedan od standardnih diodnih ispravljačkih sklopova: punovalni sa središnjom točkom ili jedan od mosnih sklopova.
Slika 3 prikazuje shemu punovalnog ispravljača sa središnjom točkom za električni generator s tri para elektromagneta 10. Na slici 3 elektromagneti su označeni brojevima od I do VI. Jedan od izvoda namota svakog elektromagneta i suprotni izvod namota suprotnog elektromagneta spojeni su na jedan izlaz 12 generatora; ostali terminali namota navedenih elektromagneta spojeni su preko dioda 11 na drugi izlaz 13 generatora (s ovo uključivanje izlaz diode 12 će biti negativan, a izlaz 13 će biti pozitivan). To jest, ako je za elektromagnet I početak namota (B) spojen na negativnu sabirnicu, tada je za suprotni elektromagnet IV kraj namota (E) spojen na negativnu sabirnicu. Isto vrijedi i za druge elektromagnete.
Slike 4-7 prikazuju različite strujne krugove mosta za ispravljanje. Veza mostova koji ispravljaju struju iz svakog od elektromagneta može biti paralelna, serijska ili mješovita. Uopće razne sheme koristi se za redistribuciju izlazne struje i potencijalnih karakteristika električnog generatora. Isti električni generator, ovisno o načinu rada, može imati jedan ili drugi ispravljački krug. Poželjno je da električni generator sadrži dodatnu sklopku koja vam omogućuje odabir željenog načina rada (dijagram povezivanja mosta).
Na slici 4 prikazana je načelna shema električnog generatora s jednim od strujnih strujnih krugova mosta. Svaki od elektromagneta I-VI spojen je na zaseban most 15, koji su zauzvrat spojeni paralelno. Zajedničke sabirnice spojene su na negativni izlaz 12 električnog generatora ili na pozitivni 13.
Slika 5 prikazuje električnu shemu sa serijskim spojem svih mostova.
Na slici 6 prikazan je električni krug s mješovitim spojem. Mostovi koji ispravljaju struju iz elektromagneta: I i II; III i IV; V i VI su spojeni u parovima u seriju. A parovi su zauzvrat povezani paralelno kroz zajedničke sabirnice.
Slika 7 prikazuje shematski električni dijagram električnog generatora, u kojem zasebni most ispravlja struju iz para dijametralno suprotnih elektromagneta. Za svaki par dijametralno suprotnih elektromagneta iste stezaljke (u ovom slučaju "B") međusobno su električno spojene, a preostale stezaljke spojene su na ispravljački most 15. Ukupan broj mostova je m/2. Mostovi se mogu međusobno spajati paralelno i/ili serijski. Slika 7 prikazuje paralelna veza mostovi.
Ovisno o radnim karakteristikama električnog generatora, rotor se može nalaziti s vanjske strane statora ili unutar statora. Slika 8 prikazuje shemu električnog generatora s izvedbom vanjskog rotora (10 elektromagneta; 36=18+18 permanentnih magneta (k=2)). Dizajn i princip rada takvog električnog generatora slični su gore opisanim.
Električni generator izrađen u skladu s ovim izumom može uključivati nekoliko sekcija A, B i C (slika 9). Broj takvih sekcija ovisi o snazi izvora mehaničke energije (pogonskog motora) i potrebnim parametrima elektrogeneratora. Svaki odjeljak odgovara jednom od gore opisanih dizajna. Električni generator može uključivati i identične dijelove i dijelove koji se međusobno razlikuju u broju trajnih magneta i/ili elektromagneta ili u krugu ispravljanja.
Poželjno je da identični dijelovi budu međusobno izvan faze. To se može postići, na primjer, početnim pomakom rotora u susjednim sekcijama i kutnim pomakom elektromagneta statora u susjednim sekcijama jedni prema drugima.
Primjeri implementacije:
Primjer 1. U skladu s predmetnim izumom proizveden je električni generator za napajanje električnih uređaja napona do 36 V. Električni generator je izrađen s rotirajućim vanjskim rotorom na kojem je postavljeno 36 permanentnih magneta (po 18 u svakom redu, k = 2), od Fe-Nd legure -IN. Stator nosi 8 pari elektromagneta, od kojih svaki ima dvije zavojnice sa 100 zavoja PETV žice promjera 0,9 mm. Spojni krug je mostni, sa spojem istih stezaljki dijametralno suprotnih elektromagneta (sl. 7).
vanjski promjer - 167 mm;
izlazni napon - 36 V;
maksimalna struja - 43 A;
snaga - 1,5 kW.
Primjer 2. U skladu s predmetnim izumom, proizveden je električni generator za punjenje napajanja (par baterija od 24 V) za gradska električna vozila. Električni generator je izrađen s rotirajućim unutarnjim rotorom, na kojem je smješteno 28 permanentnih magneta (po 14 u svakom redu, k=1), izrađenih od legure Fe-Nd-B. Stator nosi 6 pari elektromagneta, od kojih svaki ima dvije zavojnice sa 150 zavoja, omotane PETV žicom promjera 1,0 mm. Preklopni krug je punovalni sa srednjom točkom (slika 3).
Električni generator ima sljedeće parametre:
vanjski promjer - 177 mm;
izlazni napon - 31 V (za punjenje baterijskog paketa od 24 V);
maksimalna struja - 35A,
maksimalna snaga - 1,1 kW.
Dodatno, električni generator sadrži automatski regulator napona od 29,2 V.
ZAHTJEV
1. Električni generator koji sadrži najmanje jednu kružnu sekciju, uključujući rotor s kružnom magnetskom jezgrom, na koju je pričvršćen paran broj trajnih magneta s istim korakom, tvoreći dva paralelna reda polova s uzdužno i poprečno izmjeničnim polaritetom, a stator koji nosi paran broj elektromagneta u obliku potkove, smještenih u parovima jedan nasuprot drugome, uređaj za ispravljanje električne struje, gdje svaki od elektromagneta ima dvije zavojnice s uzastopnim suprotnim smjerovima namotaja, pri čemu je svaka od zavojnica elektromagneta smještena iznad jedne od paralelni redovi polova rotora i broj polova u jednom redu jednak n zadovoljava omjer
n=10+4k, gdje je k cijeli broj koji ima vrijednosti 0, 1, 2, 3 itd.
2. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da broj elektromagneta statora m zadovoljava odnos mn-2.
3. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da uređaj za ispravljanje električne struje sadrži diode spojene na najmanje jedan od terminala namota elektromagneta.
4. Električni generator prema zahtjevu 3, naznačen time, da su diode spojene u punovalni krug sa srednjom točkom.
5. Električni generator prema zahtjevu 3, naznačen time, da su diode spojene u premosni krug.
6. Električni generator prema zahtjevu 5, naznačen time, da je broj mostova jednak m, i oni su spojeni jedan s drugim u seriju, ili paralelno, ili serijski-paralelno.
7. Električni generator prema zahtjevu 5, naznačen time, da je broj mostova jednak m/2 i da su neki od istih izlaza svakog para dijametralno suprotnih elektromagneta međusobno povezani, a drugi su spojeni na jedan most. .
8. Električni generator u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1-7, naznačen time što je rotor smješten na vanjskoj strani statora.
9. Električni generator prema bilo kojem od zahtjeva 1-7, naznačen time što je rotor smješten unutar statora.
10. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da sadrži najmanje dvije identične sekcije.
11. Električni generator prema zahtjevu 10, naznačen time, da su najmanje dvije sekcije jedna u odnosu na drugu izvan faze.
12. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da sadrži najmanje dvije sekcije koje se razlikuju po broju elektromagneta.
13. Električni generator prema zahtjevu 1, naznačen time, da dodatno sadrži jedinicu regulatora napona.