+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Генераторы PMG Windkraft

Генератор — устройство преобразующее механическую энергию в электрическую. В качестве механической энергии может выступать энергия ветра, воды, топлива. Все электростанции используют в своем составе генераторы: атомные электростанции, теплоэлектростанции, гидроэлектростанции, бензиновые и дизельные электростанции и так же ветроэлектростанции.

 Все современные электрогенераторы можно разделить на два основных вида: генераторы с возбуждением и без возбуждения. Для генераторов с возбуждением, необходим внешний источник электроэнергии, который дает возбуждение (включает в работу электромагнит). Данный вид генераторов имеет не высокую цену. Но существенным недостатком таких генераторов является не высокий КПД и  присутствие щеток скольжения, что требует частого обслуживания генератора.

 Второй тип генераторов — с возбуждением от постоянных магнитов. Им не нужен внешний дополнительный источник электроэнергии. В генераторе на роторе установлены магниты, при вращении которых, генерируется электроэнергия.

Данная конструкция практически не требует частого обслуживания, так как не имеет в своем составе щеток скольжения. Поэтому данный генератор очень надежный и может длительное время работать не прерывно. Единственное, что требует обслуживания — это подшипники. Так же особенность генератора на постоянных магнитах, что он начинает генерировать электроэнергию сразу же, когда только начинается вращение. Поэтому данные генераторы выгодно применять в мобильных установках, небольших ветрогенераторах для работы в полевых условиях. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость и не стабильное напряжение на выходе. Необходимо дополнительно применять системы стабилизации напряжения или контролеры заряда для аккумуляторных батарей.

 Наша компания занимается производством генераторов на постоянных магнитах для применения в ветрогенераторах, гидроэлектростанциях, бензо- газо- и дизельных установках.

 Благодаря применению мощных неодимовых магнитов и  современных разработках нам удалось добиться КПД генератора 92,5% и практически убрать магнитное залипание магнитов ротора к статорному железу.

 Под заказ клиента возможно изготовление генератора с выходным напряжением от 15В до 380В. Так же возможно изготовление низкооборотистых генераторов от 60 об/мин.

 Всем нашим клиентам предлагаем услуги по  монтажу дополнительного оборудования для стабилизации выходного напряжения или зарядки аккумуляторных батарей. Есть возможность подготовки и продажи готовых комплектов «под ключ»

 Преимущества наших генераторов:

1. КПД более 90%

2. Применяются неодимовые магниты с рабочей температурой до 150 °C

3. Ремонтопригодность: полюса магнитов закреплены специальными винтами. При необходимости есть возможность заменить полюс генератора не прибегая к дорогостоящему ремонту. Кроме того, крепление с помощью винтов более надежно, чем клея.

4. Каждый ротор отбалансирован на стенде, что продлит «жизнь» подшипников и самого генератора.

5. Применяются  качественные, оригинальные подшипники NSK/SKF.

6. Вал генератора изготавливается из нержавеющей стали.

7. Под заказ клиента возможно изготовить генератор с не стандартными характеристиками: напряжение, мощность, обороты, крепление. 

Приминение генераторов на постоянных магнитах:

— ветрогенераторы

— гидроэлектростанции

— дизельные, бензиновые установки

— установка на привод от сельхозтехники

Мощность
Обороты
20 об/мин 
30 об/мин
300Вт 100 об/мин
200 об/мин
400 об/мин
50 об/мин
500Вт 150 об/мин
200 об/мин
50 об/мин
60 об/мин
100 об/мин
1 кВт 150 об/мин
200 об/мин
250 об/мин
300 об/мин
400 об/мин
500 об/мин
1000 об/мин
150 об/мин
1,5 кВт 300 об/мин
500 об/мин
50 об/мин
100 об/мин
2 кВт 150 об/мин
300 об/мин
50 об/мин
70 об/мин
100 об/мин
3 кВт  150 об/мин
200 об/мин
500 об/мин
750 об/мин
50 об/мин
100 об/мин
5 кВт 150 об/мин
200 об/мин
250 об/мин
500 об/мин
40 об/мин
60 об/мин
10 кВт 100 об/мин
150 об/мин
300 об/мин
400 об/мин
100 об/мин
20 кВт 300 об/мин
400 об/мин
100 об/мин
30 кВт 300 об/мин
400 об/мин

Переделка авто-генератора на магниты — как сделать пример

Многие, кто делает самодельные ветрогенераторы, часто генераторы для них изготавливают из автомобильных генераторов, причем от любых автомобилей, или даже тракторов и грузовиков.
Все эти генераторы схожи по конструкции. Есть конечно и необычные образцы с ротором на постоянных магнитах, или с пятифазной обмоткой статора, но в основном это классические трёхфазные генераторы с электро возбуждением.

Перелелка генератора обычно заключается в перемотке статора более тонким проводом и изготовлении нового ротора на постоянных магнитах, так получаются оптимальные результаты, но трудности при перемотке и цена магнитов часто отпугивает от такой переделки.

>

Но генератор для ветряка можно сделать и малой кровью. К примеру на этих фото переделывался авто генератор Г250. Статор его имеет 18 катушек, по 6 на фазу, ротор 12-ти полюсной. При этом статор не перематывался и остался как есть с родным диодным мостом.

>

Переделке подвергся ротор генератора, но он тоже не протачивался и не изготавливался с нуля. Было решено просто в полюсах ротора высверлить отверстия под магниты.

>

Для ротора были куплены 12 круглых магнитов размерами 15*3 мм.

На роторе размещены чередуясь полюсами.

>

>

После сборки генратор был опробован и покручен дрелью, примерно на 600-700 об/м генератор выдавал 16 вольт и 7,5 Ампер. Так-же подключенная лампочка на 60 ватт головного света автомобиля горела в полный накал. После этих данных было решено пробовать делать винт.

>

Для ветряка на основе этого генератора был сделан трехлопастной винт, но как оказалось от ветра много оборотов трудно получить, да и ветра сильного не наблюдается. Залипание есть небольшое, и на слабом ветру сам не стартует, если крутануть, то раскручивается сам, но как только остановится так и стоит.

А когда крутится с него никакого толку так-как напряжение всего 1-3 вольта, иногда до 5 вольт на слабом ветру. По этому было решено перемотать статор более тонким проводом, в общем эксперименты над генератором продолжаются, а так-же надо подумать о новом винте, который надо рассчитать с учетом новых параметров генератора.

Разработка генератора на постоянных магнитах для автономных источников питания

Наименование параметра

Величина

Значение

Номинальная мощность, не менее

кВт

3

Действующее значение фазного напряжения

В

14±1,4

Номинальная частота вращения

об/мин

2500±150

Несимметрия фазных напряжений, не более

%

3

Число пар полюсов

12

Число фаз

m

3

Схема соединения обмоток

 

Звезда

Степень защиты

IP

66

Примечание:
Предназначен для применения совместно с дизельными установками Hatz 1b20 (Германия) и Yanmar L48N (Япония), также может быть интегрирован с отечественными дизельными установками.

 

Опыт реализации генераторов для систем автономного питания

Кроме указанной разработки, специалисты НТЦ «Систэм» обладают практическим опытом реализации генераторов для систем автономного питания схожей характеристики (номинальной мощностью до 10 кВт) на базе других типов электрических машин, в частности, на базе вентильно-индукторной ЭМ.

 

«Вентильно-индукторный генератор»

Генератор предназначен для работы в качестве источника электроэнергии постоянного тока напряжением 27,5 В и номинальной мощностью 6 и 8 кВт соответственно.

Генератор представляет собой бесконтактную 18 (15) фазную электрическую машину с электромагнитным возбуждением со встроенным выпрямительным блоком и регулятором выходного напряжения.

Основные технические характеристики генератора представлены в таблице:

Наименование

Значение

Номинальное напряжение, В

27,5±1

Номинальная мощность, кВт

6 (8)

Номинальный ток, А

220 (290)

Номинальная частота вращения, об/мин

3300

КПД, %

не менее 82

Число фаз статора

18 (15)

Масса, кг

42

Коэффициент пульсации выходного напряжения при номинальной нагрузке и частоте вращения 3300 об/мин не более 11,2 %.

При сбросах и набросах 100% нагрузки отклонение выходного напряжения составляет не более ±20%, при этом время вхождения в зону регулирования ±2В составляет не более 2 с.

Стабилизация выходного напряжения в установившемся тепловом режиме при любой нагрузке от 0 до 100 % — ±1 В.

Класс применяемой системы изоляции – Н.

Степень защиты — IP22.

Электрическая схема – однопроводная (отрицательный потенциал на корпусе).

 

 

«Вентильно-магнитный генератор»

Генератор предназначен для работы в качестве источника электроэнергии переменного тока с действующим значением напряжения 27,5 В и номинальной мощностью 6 кВт.

Генератор представляет собой бесконтактную трехфазную электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов.

Основные технические характеристики генератора представлены в таблице:

Наименование

Значение

Номинальное напряжение, В

27,5±1

Номинальная мощность, кВт

6

Номинальный ток, А

220

Номинальная частота вращения, об/мин

3300

КПД, %

не менее 92

Число фаз статора

3

Масса, кг

20

Управление ветроэнергетической установкой с синхронным генератором на постоянных магнитах и магнитным вариатором

Author:

Ачитаев, А. А.

Бархатов, К. А.

Удалов, С. Н.

Achitaev, Andrey A.

Barkhatov, Konstantin A.

Udalov, Sergey N.

Journal Name:
Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2021, 14 (1)

Abstract:
В настоящее время в мировой литературе начинает получать развитие применение ветроэнергетических установок с магнитной редукцией скорости. Особенности применения данных систем в сочетании с ветроэнергетической установкой позволяет решить вопрос ее сопряжения с электроэнергетической системой. Управляемая гибкая связь между турбиной и генератором дает возможность согласовать управление углом нагрузки синхронного генератора. В данной работе рассматривается разработанный контроллер, обеспечивающий комплексное управление ветровой турбиной с магнитным вариатором с переменным шагом угла заклинения лопасти и переменной скоростью вращения турбины ВЭУ. Перспективным направлением построения ветроэнергетических систем в настоящее время является применение электромагнитных вариаторов в составе ветроэнергетических установок. Исследованию электроэнергетических систем, в составе которых имеются ветроустановки с электромагнитными вариаторами, посвящена данная работа. Вариатор встраивается между ветровой турбиной и генератором вместо механического редуктора. Быстродействующее изменение вращающего момента электромагнитного вариатора позволяет удерживать частоту вращения генератора. Из-за присущей нелинейности ветровой турбины и вариатора был определен набор эксплуатационных и аварийных режимов, затем контроллер проектировался для каждой рабочей точки. Кроме того, аэродинамический момент и эффективная скорость ветра оцениваются онлайн и получается планируемый график переменной для реализации контроллера. Потенциал метода был проверен путем моделирования с помощью MATLAB/Simulink

 

Currently, the use of wind power plants with magnetic speed reduction is beginning to develop in the world literature. Features of the application of these systems in combination with a wind power plant allows you to solve the issue of its interface with the electric power system. The controlled flexible connection between the turbine and the generator makes it possible to coordinate the control of the load angle of the synchronous generator. In this paper, we consider a developed controller that provides integrated control of a wind turbine with a magnetic variator with a variable pitch of the blade angle and a variable speed of rotation of the wind turbine. A promising direction for the construction of wind power systems is currently the use of electromagnetic variators as part of wind power plants. This work is devoted to the study of electric power systems that include wind turbines with electromagnetic variators. The variator is built between the wind turbine and the generator, instead of a mechanical gearbox. The high-speed change in the torque of the electromagnetic variator allows you to keep the speed of the generator. Due to the inherent non-linearity of the wind turbine and CVT, a set of operational and emergency modes was defined and then the controller was designed for each operating point. In addition, the aerodynamic torque and effective wind speed are estimated online and a planned variable schedule for the controller implementation is obtained. Was tested by simulating with MATLAB/Simulink

 

Конструкция и рассчёт самодельного аксиального ветрогенератора на постоянных магнитах

Читать придётся долго, но это стоит того для общего понимания принципов работы аксиального, да и других генераторов в общем.

Многие люди планируя создать ветрогенератор в поисках нужной информации бороздят просторы интернета, вот и я несколько месяцев делал тоже самое. Изучил множество конструкций самодельных и заводских ветряков и пришел к определённым выводам более эффективном построении аксиальных генераторов для ветряков.

Первые вопросы при построении возникают по поводу количества катушек индуктивности,количества витков и сечения эмальпровода,числа магнитов, и соотношения числа магнитных полюсов к числу катушек статора. Многие здесь советуют использовать не чётное соотношение катушек к числу полюсов. Например если катушек на статоре 9, то число магнитов должно быть 12 пар, а если катушек 12, то магнитов 16 пар.

Ниже расположен рисунок подобного ветрогенератора. Рисунок вид сверху для лучшего понимания крепления элементов хвоста и смещения втроголовки относительно поворотной оси, далее будут представлены ориентировочные размеры элементов.

Сначала опишу про соотношение катушек индуктивности к числу магнитных пар на дисках генератора.

Во-первых я считаю что такое соотношение не оправданно и снижает общую мощность генератора.Почему так?, -сам процесс генерации электроэнергии происходит при прохождении магнитного поля от магнита через медную катушку, при этом в проводе катушки начинает течь ток. Направление тока меняется в зависимости от полярности магнита.

То есть, у магнита две полярности,отрицательная и положительная (север-юг).Когда магнит ориентированный положительным полюсом проходит мимо катушки в катушке происходит индукция и начинает течь ток в определённом направлении. При этом на одном конце катушки появляется плюсовое напряжение, а на другом минусовое, то есть постоянное, но циклично меняющееся.

Когда мимо катушки проходит следующий магнит с противоположной полюсацией, то направление течения тока в катушке тоже изменяется на противоположное, и на выводах катушки минус меняется с плюсом. Эта смена постоянного напряжения происходит каждый раз когда мимо проходит очередной магнит, в связи с частой сменой тока в катушке такое напряжение и называют переменным, потому, что оно постоянно меняется. Одна смена тока в катушке индуктивности с плюса на минус и обратно называется один Герц. Если в генераторе 16 полюсов, то один оборот = 16Герц.

Каждая из катушек статора генератора это отдельный источник тока, который взаимодействует с други такими-же источниками тока,и они вместе образуют напряжение, которое складывается из параметров каждой катушки. Когда-же число катушек меньше по отношению к числу магнитов, то в процессе индуктивности одни магниты проходят катушки в определённом месте, а другие магниты немного в другом.

В следствии чего когда в одних катушках смена импульса тока произошла, то в других она только происходит, и получается что в каких -то катушках напряжение течёт в одну сторону, а в других ещё в обратную, и по отдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неправильно взаимодействуют. А так -как они соединены последовательно, то где-то в определённые моменты происходит неправильная полюсация и часть электроэнергии расходуется на замыкание, в следствии чего генератор легче крутится и происходит недобор мощности.

Ниже представлено расположение магнитов и катушек генератора в виде ленты. На рисунке А число пар магнитов равно числу катушек и смена тока происходит синхронно, а на рис.Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рис.Б магниты в разных частях попадают на катушки по разному, где то два на одну, а где то полтора, а где то один. В следствии чего ток в катушках разный и разное его направление , из-за этого нестабильного возбуждения катушки нагреваются и теряют часть мощности.

Для большего понимания рассмотрим пример

Представим что наши катушки это батарейки, которые соединены последовательно, и их очень быстро меняют местами, то-есть переворачивают меняя минус на плюс и обратно. И так каждый раз когда мимо проходят магниты. И если например число этих батареек 9 а магнитов 12 то получается, что какие-то магниты в какой-то момент проходят катушку-батарейку и в ней происходит смена напряжения.

А где-то магниты только заходят на катушки и сходят с предыдущих, в результате получается что часть батареек уже перекинули плюс с минусом, а часть нет, и третья часть в процессе смены. В результате часть батареек соединенных последовательно имеют последовательную полюсацию, а часть ещё другую, и пока они меняют, то те уже сменили и меняют на противоположную.

Так в определённые моменты происходит замыкание, так как в шести катушках ток уже в другом направлении, а в трех еще в предыдущем, в результате чего 6 катушек в определённый момент имеют правильную полярность по отношению друг к другу , а три неправильную по отношению к другим 6-ти. В следствии чего из-за неправильной полюсации в цепи происходит нагреви потеря мощности из за наведения на катушки нестабильного магнитного поля, и как следствие более легкое кручение генератора.

Обычно так советуют делать для ухода от залипания и легкого старта при малом ветре, но ведь статор с катушками не имеет железа, и магниты не примагничивают его создавая залипания, а значит и о залипаниях не может быть и речи. Сопротивление кручению генератор создаёт когда подключен к нагрузке и сила сопротивления зависит от мощности генератора и нагрузки,которая забирает ток, и естественно чем генератор слабее тем его легче крутить под нагрузкой.

Для большей эффективности надо чтобы во всех катушках генератора происходила синхронная смена тока минуса на плюс и обратно,тогда не будет потерь на нагрев и замыкание. Для этого надо чтобы количество магнитных пар соответствовало количеству катушек индуктивности статора.При этом магниты на всём участке цепи будут проходить одинаково по отношению к катушкам и смена импульсов будет чёткой во всех катушках, словно в одной.

Теперь о количестве витков и толщины эмаль провода для намотки. Параметры напряжения в катушке зависят от количества витков,а сила тока от толщины, то есть чем больше витков тем выше вольты, а чем толще провод тем выше амперы-сила тока. Обычно для последовательного соединения в одну фазу катушки мотают по 60 витков, а толщина провода подбирается с тем учётом, чтобы катушки уместились на статоре.

Если катушки наматываются круглые, то круглые магниты должны быть не больше внутреннего диаметра катушек, так как верхние и нижние части катушек в индукции не участвуют, а ток возбуждается в параллельных витках хода магнита. Или наматывают вытянутые катушки треугольной и конусной формы, это позволяет использовать более толстый провод и уместить их на статоре, или при соединении в звезду наматывать большее количество витков для увеличения напряжения.

Ну чтож, про соотношение катушек к числу магнитных пар я думаю понятно, теперь про число самих полюсов.Магниты на дисках располагаются с чередованием полюсов,и каждая пара магнитов на дисках должна притягиваться, то есть —++—++ и т.д. Понятно, что чем больше магнитных полюсов тем на более меньших оборотах генератор начинает давать приемлемый для зарядки ток. Но очень большое число магнитов часто трудно воплотить в конструкции, так как размеры катушек становятся очень маленькими из-за ограниченных размеров статора.

Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800.

Генератор на постоянных магнитах. Синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов Синхронные генераторы с постоянными магнитами

Содержание:

В современных условиях предпринимаются постоянные попытки усовершенствования электромеханических устройств, снижения их массы и габаритных размеров. Одним из таких вариантов является генератор на постоянных магнитах, представляющий собой достаточно простую конструкцию с высоким коэффициентом полезного действия. Основная функция данных элементов заключается в создании вращающегося магнитного поля.

Виды и свойства постоянных магнитов

С давних пор были известны постоянные магниты, получаемые из традиционных материалов. В промышленности впервые начал использоваться сплав алюминия, никеля и кобальта (алнико). Это дало возможность применять постоянные магниты в генераторах, двигателях и других видах электрооборудования. Особенно широкое распространение получили ферритовые магниты.

Впоследствии были созданы самарий-кобальтовые жесткие магнитные материалы, энергия которых обладает высокой плотностью. Вслед за ними произошло открытие магнитов на основе редкоземельных элементов — бора, железа и неодима. Плотность их магнитной энергии значительно выше, чем самарий-кобальтового сплава при значительно низкой стоимости. Оба вида искусственных материалов успешно заменяют электромагниты и применяются в специфических областях.Неодимовые элементы относятся к материалам нового поколения и считаются наиболее экономичными.

Принцип работы устройств

Главной проблемой конструкции считался возврат вращающихся деталей в исходной положение без существенных потерь крутящего момента. Данная проблема была решена с помощью медного проводника, по которому был пропущен электрический ток, вызывающий притяжение. При отключении тока, действие притяжения прекращалось. Таким образом, в устройствах этого типа использовалось периодическое включение-отключение.

Повышенный ток создает увеличенную силу притяжения, а та, в свою очередь, участвует в выработке тока, проходящего через медный проводник. В результате циклических действий, устройство, кроме совершения механической работы, начинает производить электрический ток, то есть выполнять функции генератора.

Постоянные магниты в конструкциях генераторов

В конструкциях современных устройств, кроме постоянных магнитов применяются электромагниты с в катушке. Такая функция комбинированного возбуждения позволяет получить необходимые регулировочные характеристики напряжения и частоты вращения при пониженной мощности возбуждения. Кроме того, уменьшается величина всей магнитной системы, что делает подобные устройства значительно дешевле по сравнению с классическими конструкциями электрических машин.

Мощность устройств, в которых используются данные элементы может составлять только несколько киловольт-ампер. В настоящее время ведутся разработки постоянных магнитов с лучшими показателями, обеспечивающими постепенный рост мощности. Подобные синхронные машины используются не только в качестве генераторов, но и как двигатели различного назначения. Они широко применяются в горнодобывающей и металлургической отрасли, тепловых станциях и других сферах. Это связано с возможностью работы синхронных двигателей с различными реактивными мощностями. Сами они работают с точной и постоянной скоростью.

Станции и подстанции функционируют вместе со специальными синхронными генераторами, которые в режиме холостого хода обеспечивают выработку только реактивной мощности. В свою очередь, обеспечивает работу асинхронных двигателей.

Генератор на постоянных магнитах работает по принципу взаимодействия магнитных полей движущегося ротора и неподвижного статора. Не до конца изученные свойства этих элементов позволяют работать над изобретением других электротехнических устройств, вплоть до создания безтопливного .

В синхронных машинах этого типа постоянно направленное поле возбуждения образуется с помощью постоянных магнитов. Синхронные машины с постоянными магнитами не нуждаются в возбудителе и благодаря отсутствию потерь на возбуждение и в скользящем контакте обладают высоким КПД, их надежность существенно выше, чем у обычных синхронных машин, в которых вращающаяся обмотка возбуждения и щеточное устройство достаточно часто повреждаются; кроме того, они практически не нуждаются в обслуживании в течение всего срока службы.
Постоянные магниты могут заменять обмотку возбуждения как в многофазных синхронных машинах обычного исполнения, так и во всех специальных исполнениях, которые были описаны выше (однофазных синхронных машинах, синхронных машинах с клюво- образными полюсами и в индукторных машинах).
Синхронные машины с постоянными магнитами отличаются от своих аналогов с электромагнитным возбуждением конструкцией индукторных магнитных систем. Аналогом ротора обычной неявнопо- люсной синхронной машины является цилиндрический кольцеобразный магнит, намагничиваемый в радиальном направлении (рис., 6).

Индукторные магнитные системы с цилиндрическим и звездообразным магнитами;
а — звездообразный магнит без полюсных башмаков; б — четырехполюсный цилиндрический магнит


Рис. 2. Ротор с когтеобразными полюсами, возбуждаемый постоянным магнитом:
1 — кольцевой постоянный магнит; 2 — диск с системой южных полюсов; 3 — диск с системой северных полюсов

Явнополюсному ротору обычной машины с электромагнитным возбуждением аналогичен ротор со звездообразным магнитом по рис. 1, а, в котором магнит 1 крепится на валу 3 заливкой из алюминиевого сплава 2.

В роторе с когтеобразиыми полюсами (рис. 2) кольцевой магнит, намагниченный в осевом направлении, заменяет кольцевую обмотку возбуждения. В разноименнополюсной индукторной машине по рис. электромагнитное возбуждение может быть заменено магнитным, как показано на рис. 3 (вместо трех малых зубцов в каждой из зон I-IV здесь имеется по одному зубцу в каждой из зон). Соответствующий аналог с магнитным возбуждением имеется и у одноименнополюсной машины. Постоянный магнит может быть в этом случае выполнен в виде намагниченного в осевом направлении кольца, которое вставлено между станиной и подшипниковым щитом.

Рис. 3. Индукторный разноименнополюсной генератор с магнитоэлектрическим возбуждением:
ОЯ — обмотка якоря; ПМ — постоянный магнит
Для описания электромагнитных процессов в синхронных машинах с постоянными магнитами вполне пригодна теория синхронных машин с электромагнитным возбуждением, основы которой изложены в предыдущих главах раздела. Однако для того, чтобы воспользоваться этой теорией и применить ее для расчета характеристик синхронной машины с постоянными магнитами в генераторном или двигательном режиме, нужно предварительно определить по кривой размагничивания постоянного магнита ЭДС холостого хода Е, или коэффициент возбужденности г = Ef / U и рассчитать индуктивные сопротивления Xad и X с учетом влияния магнитного сопротивления магнита, которое может быть настолько существенным, что Ха(1 Машины с постоянными магнитами были изобретены еще на заре развития электромеханики. Однако широкое применение они получили в течение последних десятилетий в связи с разработкой новых материалов для постоянных магнитов с большой удельной магнитном энергией (например, типа магнико или сплавов на основе самария и кобальта). Синхронные машины с такими магнитами по своим массо- габаритным показателям и эксплуатационным характеристикам в определенном диапазоне мощностей и частот вращения вполне могут конкурировать с синхронными машинами, имеющими электромагнитное возбуждение.

Мощность быстроходных синхронных генераторов с постоянными магнитами для питания бортовой сети самолетов достигает десятков киловатт. Генераторы и двигатели с постоянными магнитами небольшой мощности применяются в самолетах, автомобилях, тракторах, где их высокая надежность имеет первостепенное значение. В качестве двигателей малой мощности они широко применяются и во многих других областях техники. По сравнению с реактивными двигателями они обладают более высокой стабильностью частоты вращения, лучшими энергетическими показателями, уступая им по стоимости и пусковым свойствам.
По способам пуска в ход синхронные двигатели малой мощности с постоянными магнитами делятся на самозапускающиеся двигатели и двигатели с асинхронным пуском.
Самозапускающиеся двигатели малой мощности с постоянными магнитами применяются для приведения в движение механизмов часов и различных реле, разнообразных программных устройств и т.п. Номинальная мощность этих двигателей не превышает нескольких ватт (обычно составляет доли ватта). Для облегчения пуска двигатели выполняют многополюсными (р > 8) и получают питание от однофазной сети промышленной частоты.
В нашей стране такие двигатели выпускаются в серии ДСМ, в которой для создания многополюсного поля применены клювообразное исполнение магнитопровода статора и однофазная якорная обмотка.
Запуск этих двигателей в ход осуществляется за счет синхронного момента от взаимодействия пульсирующего поля с постоянными магнитами ротора. Для того чтобы пуск произошел успешно и в нужную сторону, применяют специальные механические устройства, которые позволяют ротору вращаться только в одном направлении и отсоединяют его от вала во время синхронизации
Синхронные двигатели малой мощности с постоянными магнитами с асинхронным пуском выпускаются с радиальным расположением постоянного магнита и пусковой короткозамкнутой обмотки и с аксиальным расположением постоянного магнита и пусковой короткозамкнутой обмотки. По устройству статора эти двигатели ничем не отличаются от машин с электромагнитным возбуждением. Обмотка статора в обоих случаях выполняется двух- или трехфазной. Различаются они лишь по конструкции ротора.
В двигателе с радиальным расположением магнита и коротко- замкнутой обмоткой последняя размещается в пазах шихтованных полюсных наконечников постоянных магнитов Для получения приемлемых потоков рассеяния между наконечниками соседних полюсов имеются немагнитные промежутки. Иногда в целях увеличения механической прочности ротора наконечники объединяются с помощью насыщающихся перемычек в целый кольцевой сердечник.
В двигателе с аксиальным расположением магнита и коротко- замкнутой обмоткой часть активной длины занята постоянным магнитом, а на другой ее части рядом с магнитом размешается шихтованный магнитопровод с короткозамкнутой обмоткой, причем и постоянный магнит, и шихтованный магнитопровод укреплены на общем валу. В связи с тем что во время пуска двигатели с постоянными магнитами остаются возбужденными, их пуск протекает менее благоприятно, чем в обычных синхронных двигателях, возбуждение которых отключается. Объясняется это тем, что при пуске наряду с положительным асинхронным моментом от взаимодействия вращающегося поля с токами, индуктированными в короткозамкнутой обмотке, на ротор действует отрицательный асинхронный момент от взаимодействия постоянных магнитов с токами, индуктированными полем постоянных магнитов в обмотке статора.

Генератор — устройство, преобразующее один вид энергии в другой.
В данном случае рассматриваем преобразование механической энергии вращения в электрическую.

Различают два типа таких генераторов. Синхронные и асинхронные.

Синхронный генератор. Принцип действия

Отличительным признаком синхронного генератора является жёсткая связь между частотой f переменной ЭДС, наведённой в обмотке статора, и частотой вращения ротора n , называемой синхронной частотой вращения:

n = f / p

где p – число пар полюсов обмотки статора и ротора.
Обычно частота вращения выражается в об/мин, а частота ЭДС в Герцах (1/сек), тогда для количества оборотов в минуту формула примет вид:

n = 60· f / p

На рис. 1.1 представлена функциональная схема синхронного генератора. На статоре 1 расположена трёхфазная обмотка, принципиально не отличающаяся от аналогичной обмотки асинхронной машины. На роторе расположен электромагнит с обмоткой возбуждения 2, получающей питание постоянным током, как правило, через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, расположенных на роторе, и двух неподвижных щёток.
В некоторых случаях в конструкции ротора синхронного генератора вместо электромагнитов могут использоваться постоянные магниты, тогда необходимость в наличии контактов на валу отпадает, но существенно ограничиваются возможности стабилизации выходных напряжений.

Приводным двигателем (ПД), в качестве которого используется турбина, двигатель внутреннего сгорания либо другой источник механической энергии, ротор генератора приводится во вращение с синхронной скоростью. При этом магнитное поле электромагнита ротора также вращается с синхронной скоростью и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС E A , E B и E C , которые будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120°), образуют симметричную трёхфазную систему ЭДС.

C подключением нагрузки к зажимам обмотки статора С1, С2 и С3 в фазах обмотки статора появляются токи I A , I B , I C , которые создают вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора. Таким образом, в синхронном генераторе магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно. Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом синхронном генераторе

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Здесь: B – магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл;
l – активная длина одной пазовой стороны обмотки статора, т.е. длина сердечника статора, м;
w – количество витков;
v = πDn – линейная скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с;
D – внутренний диаметр сердечника статора, м.

Формула ЭДС показывает, что при неизменной частоте вращения ротора n форма графика переменной ЭДС обмотки якоря (ста- тора) определяется исключительно законом распределения магнитной индукции B в зазоре между статором и полюсами ротора. Если график магнитной индукции в зазоре представляет собой синусоиду B = B max sinα , то ЭДС генератора также будет синусоидальной. В синхронных машинах всегда стремятся получить распределение индукции в зазоре как можно ближе к синусоидальному.

Так, если воздушный зазор δ постоянен (рис. 1.2), то магнитная индукция B в воздушном зазоре распределяется по трапецеидальному закону (график 1). Если же края полюсов ротора «скосить» так, чтобы зазор на краях полюсных наконечников был равен δ max (как это показано на рис. 1.2), то график распределения магнитной индукции в зазоре приблизится к синусоиде (график 2), а, следовательно, и график ЭДС, индуцированной в обмотке генератора, приблизится к синусоиде. Частота ЭДС синхронного генератора f (Гц) пропорциональна синхронной частоте вращения ротора n (об/с)

где p – число пар полюсов.
В рассматриваемом генераторе (см. рис.1.1) два полюса, т.е. p = 1.
Для получения ЭДС промышленной частоты (50 Гц) в таком генераторе ротор необходимо вращать с частотой n = 50 об/с (n = 3000 об/мин).

Способы возбуждения синхронных генераторов

Самым распространенным способом создания основного магнитного потока синхронных генераторов является электромагнитное возбуждение, состоящее в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока, возникает МДС, создающая в генераторе магнитное поле. До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись преимущественно специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителями В (рис. 1.3, а). Обмотка возбуждения (ОВ ) получает питание от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ ). Ротор синхронного генератора, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронного генератора поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя r 1 и подвозбудителя r 2 . В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.

В синхронных генераторах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве возбудителя в этом случае применяют обращенный синхронный генератор переменного тока В (рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора и их электрическое соединение осуществляется через вращающийся выпрямитель 3 непосредственно, без контактных колец и щёток. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя В осуществляется от подвозбудителя ПВ – генератора постоянного тока. Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронного генератора позволяет повысить её эксплуатационную надёжность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в этом числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 1.4, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ ) с выпрямительным трансформатором (ВТ ) и тиристорным преобразователем (ТП ), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ , на вход которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН ) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ ). Схема содержит блок защиты (БЗ ), обеспечивающий защиту обмотки возбуждения (ОВ ) от перенапряжения и токовой перегрузки.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5 % полезной мощности (меньшее значение относится к генераторам большой мощности).
В генераторах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, расположенными на роторе машины. Такой способ возбуждения даёт возможность избавить генератор от обмотки возбуждения. В результате конструкция генератора существенно упрощается, становится более экономичной и надёжной. Однако, из-за высокой стоимости материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничено машинами мощностью не более нескольких киловатт.

Синхронные генераторы составляют основу электроэнергетики, так как практически вся электроэнергия во всём мире вырабатывается посредством синхронных турбо- или гидрогенераторов.
Так же синхронные генераторы находят широкое применение в составе стационарных и передвижных электроустановок или станций в комплекте с дизельными и бензиновыми двигателями.

Асинхронный генератор. Отличия от синхронного

Асинхронные генераторы принципиально отличаются от синхронных отсутствием жесткой зависимости между частотой вращения ротора и вырабатываемой ЭДС. Разницу между этими частотами характеризует коэффициент s — скольжение.

s = (n — n r)/n

здесь:
n — частота вращения магнитного поля (частота ЭДС).
n r — частота вращения ротора.

Более подробно с расчётом скольжения и частоты можно ознакомиться в статье: асинхронные генераторы. Частота .

В обычном режиме электромагнитное поле асинхронного генератора под нагрузкой оказывает тормозной момент на вращения ротора, следовательно, частота изменения магнитного поля меньше, поэтому скольжение будет отрицательным. К генераторам, работающим в области положительных скольжений, можно отнести асинхронные тахогенераторы и преобразователи частоты.

Асинхронные генераторы в зависимости от конкретных условий применения выполняются с короткозамкнутым, фазным или полым ротором. Источниками формирования необходимой энергии возбуждения ротора могут являться статические конденсаторы или вентильные преобразователи с искусственной коммутацией вентилей.

Асинхронные генераторы можно классифицировать по способу возбуждения, характеру выходной частоты (изменяющаяся, постоянная), способу стабилизации напряжения, рабочим областям скольжения, конструктивному выполнению и числу фаз.
Последние два признака характеризуют конструктивные особенности генераторов.
Характер выходной частоты и методы стабилизации напряжения в значительной степени обусловлены способом образования магнитного потока.
Классификация по способу возбуждения является основной.

Можно рассмотреть генераторы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Самовозбуждение в асинхронных генераторах может быть организовано:
а) с помощью конденсаторов, включенных в цепь статора или ротора или одновременно в первичную и вторичную цепи;
б) посредством вентильных преобразователей с естественной и искусственной коммутацией вентилей.

Независимое возбуждение может осуществляться от внешнего источника переменного напряжения.

По характеру частоты самовозбуждающиеся генераторы разделяются на две группы. К первой из них относятся источники практически постоянной (или постоянной) частоты, ко второй переменной (регулируемой) частоты. Последние применяются для питания асинхронных двигателей с плавным изменением частоты вращения.

Более подробно рассмотреть принцип работы и конструктивные особенности асинхронных генераторов планируется рассмотреть в отдельных публикациях.

Асинхронные генераторы не требуют в конструкции сложных узлов для организации возбуждения постоянным током или применения дорогостоящих материалов с большим запасом магнитной энергии, поэтому находят широкое применение у пользователей передвижных электроустановок по причине своей простоты и неприхотливости в обслуживании. Используются для питания устройств, не требующих жёсткой привязки к частоте тока.
Техническим достоинством асинхронных генераторов можно признать их устойчивость к перегрузкам и коротким замыканиям.
С некоторой информацией по мобильным генераторным установкам можно ознакомиться на странице:
Дизель-генераторы .
Асинхронный генератор. Характеристики .
Асинхронный генератор. Стабилизация .

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Бесконтактные синхронные генераторы с постоянными магнитами (СГПМ) имеют простую электрическую схему, не потребляют энергии на возбуждение и имеют повышенный КПД, отличаются высокой надежностью работы, менее чувствительны к действию реакции якоря, чем обычные машины, их недостатки связаны с невысокими регулирующими свойствами через то, что рабочий поток постоянных магнитов нельзя изменять в широких пределах. Однако во многих случаях эта особенность не является определяющей и не препятствует широкому их применению.

Большинство СГПМ, применяемых в настоящее время, имеют магнитную систему с постоянными магнитами, которые вращаются. Поэтому магнитные системы отличаются друг от друга в основном конструкцией ротора (индуктора). Статор же СГПМ имеет практически такую ​​же конструкцию, что и в классических машинах переменного тока, обычно он содержит набранный из листов электротехнической стали цилиндрический магнитопровод, на внутренней поверхности которого расположены пазы для размещения обмотки якоря. В отличие от обычных синхронных машин рабочий промежуток между статором и ротором в СГПМ выбирают минимальным, исходя из технологических возможностей. Конструкция ротора в значительной степени определяется магнитными и технологическими свойствами магнитотвердые материала.

Ротор с цилиндрическим магнитом

Наиболее простым является ротор с монолитным цилиндрическим магнитом кольцеобразного типа (рис. 5.9, а). Магнит 1 выполнен литым, крепится на валу с помощью втулки 2, например, из сплава алюминия. Намагничивания магнита осуществляется в радиальном направлении на многополюсной установке намагничивающей. Поскольку механическая прочность магнитов небольшая, то при высоких линейных скоростях магнит помещают в оболочку (бандаж) из немагнитного материала.

Разновидностью ротора с цилиндрическим магнитом является сборный ротор из отдельных сегментов 1 из немагнитной стальной оболочкой 3 (рис. 5.9, б). Намагниченные радиально сегментные магниты 1 заключены на втулку 2 с магнитомьякиои стали и любым способом, например, с помощью клея, закреплены. Генераторы с ротором такой конструкции при стабилизации магнита в свободном состоянии имеют форму кривой ЭДС, близкую к синусоидальной. Преимуществом роторов с цилиндрическим магнитом является простота и технологичность конструкции. Недостатком — низкое использование объема магнита вследствие небольшой длины средней силовой линии полюса h и. С увеличением числа полюсов значение h и уменьшается и использования объема магнита ухудшается.

Рисунок 5.9 — Роторы с цилиндрическим магнитом: а — монолитный, б — сборный

Роторы с звездообразным магнитом

В СГПМ мощностью до 5 кВА широкое распространение получили роторы звездообразного типа с явно выраженная полюсами без полюсных башмаков (рис. 5.10, а). В такой конструкции магнит-звездочку чаще крепят на валу с помощью заливки немагнитным сплавом 2. Магнит может также видпиватися непосредственно на валу. Для снижения размагничивающей действия поля реакции якоря при ударном токе короткого замыкания на роторе в ряде случаев предполагается демпферная система 3. Последняя осуществляется, как правило, путем заливки ротора алюминием. При больших частотах вращения на магнит напрессовывается немагнитный бандаж.

Однако, при перегрузках генератора поперечная реакция якоря может вызвать несимметричное перемагничивания краев полюсов. Подобное перемагничивания искажает форму поля в рабочем промежутке и форму кривой ЭДС.

Одним из способов уменьшения действия поля якоря на поле магнита применение полюсных башмаков с Магнитомягкие стали. Изменяя ширину полюсных башмаков (регулируя поток рассеяния полюсов), можно добиться оптимального использования магнита. Кроме того, изменяя конфигурацию полюсных башмаков, можно получить необходимую форму поля в рабочем промежутке генератора.

На рис. 5.10, б приведена конструкция сборного ротора звездообразного типа с призматическими постоянными магнитами с полюсными башмаками. Радиально намагниченные магниты 1 установлены на втулке 2 с Магнитомягкие материала. На полюсе магнитов наложенные полюсные башмаки 3 с магнитной стали. Для обеспечения механической прочности ба

Рисунок 5.10 — Роторы звездообразного типа: а — без полюсных башмаков; б — сборный с полюсными башмаками

шмакы приварены к немагнитных вставок 4, образующей бандаж. Промежутки между магнитами могут заполняться алюминиевым сплавом или компаундом.

К недостаткам роторов звездообразного типа с полюсными башмаками следует отнести усложнение конструкции и уменьшение заполнения магнитами объема ротора.

Роторы с когтеобразные полюсами.

В генераторах с большим числом полюсов широко используется конструкция ротора с когтеобразные полюсами. Ногтеобразный ротор (рис. 5.11) содержит цилиндрический магнит 1, намагниченный в аксиальном направлении, размещенный на немагнитных втулке 2. К торцам магнита примыкают фланцы 3 и 4 с Магнитомягкие стали, имеют когтеобразные выступления, которые образуют полюса. Все выступления левого фланца является северными полюсами, а выступления правого фланца — южными. Выступления фланцев чередуются по окружности ротора, образуя многополюсную систему возбуждения. Мощность генератора можно значительно повысить, если применить модульный принцип, расположив на валу несколько магнитов с когтеобразные полюсами.

Недостатками роторов когтеобразные типа являются: относительная сложность конструкции, трудность намагничивания магнита в собранном роторе, большие потоки рассеяния, возможен отгиб концов выступлений при высоких частотах вращения, имела мера заполнения магнитом объема ротора.

Существуют конструкции роторов с различными комбинациями ПМ: с последовательным и параллельным включением МРС магнитов, с регулированием напряжения за счет осевого перемещения ротора относительно статора, системы совместного регулирования возбуждения СГПМ от ПМ и параллельно работающей электромагнитной обмоткой и др. Для безредукторных витроелектриних установок лучшим решением является применение СГПМ много-

Рисунок 5.11 — Ротор когтеобразные типа

полюсного исполнения. Есть опыт в Германии, Украине в других странах по разработке и применению тихоходных генераторов для безредукторных ВЭУ с частотой вращения 125-375 об / мин.

Из-за главного требования для безредукторной ВЭУ — иметь низкую частоту вращения генератора — габариты и масса СГПМ получаются завышенными по сравнению с высокооборотными генераторами с примерно одинаковой мощности. В корпусе 1 (рис. 5.12) расположен обычный статор 2 с обмоткой 3. Ротор (индуктор) 4 с наклеенными на внешней поверхности пластинками 5 из неодим-железо-бора установлен на валу 6 с подшипниками 7. Корпус 1 закреплен на основе 8, эт «связано с опорой ВЭУ, а ротор 4 соединен с валом ветротурбин (на рис. 5.12 не показаны).

При низких скоростях ветра для ВЭУ необходимо использовать генераторы с низкими скоростями вращения. В этом случае система часто не имеет редуктора и ось непосредственно соединена с осью электрического генератора. При этом возникает проблема получения достаточно высокой выходного напряжения и электрической мощности. Один из способов ее решения — многополюсный электрогенератор с ротором достаточно большого диаметра. Ротор электрогенератора при этом может быть выполнен с использованием постоянных магнитов. Электрогенератор с ротором на постоянных магнитах не имеет коллектора и щеток, ко-

Рисунок 5.12 — Конструктивная схема СГПМ для безредукторной ВЭУ: 1- корпус; 2 — статор; 3 — обмотка; 4 — ротор; 5 — пластинки постоянных магнитов с Nd-Fe-B; 6 — вал; 7 — подшипники; 8 — основа

ляет существенно повысить его надежность и время работы без обслуживания и ремонта.

Электрогенератор с ротором на постоянных магнитах может быть построен по разным схемам, отличающиеся друг от друга общим расположением обмоток и магнитов. Магниты с полярностью, что чередуется, располагаются на роторе генератора. Обмотки с направлением намотки, что чередуется, располагаются на статоре генератора. Если ротор и статор представляют из себя соосные диски, то такой тип генератора называют аксиальным или дисковым (рис. 5.13).

Если ротор и статор представляют из себя коаксиальные соосные цилиндры, то такой тип генератора называют радиальным или цилиндрическим (рис. 5.14). В генераторе радиального типа ротор может быть внутренним или внешним по отношению к статора.

Рисунок 5.13 — Упрощенная схема электрогенератора с ротором на постоянных магнитах аксиального (дискового) типа

Рисунок 5.14 — Упрощенная схема электрогенератора с ротором на постоянных магнитах радиального (цилиндрического) типа

Важная особенность синхронных генераторов с ПМ по сравнению с обычными синхронными генераторами — сложность регулирования выходного напряжения и его стабилизации. Если в обычных синхронных машинах можно плавно регулировать рабочий поток и напряжение, меняя ток возбуждения, то в машинах с постоянными магнитами такая возможность отсутствует, поскольку поток Ф находится в пределах заданной линии возврата и меняется незначительно. Для регулирования и стабилизации напряжения синхронных генераторов с постоянными магнитами приходится использовать специальные методы.

Один из возможных путей стабилизации напряжения синхронных генераторов — введение во внешнюю электрическую цепь генератора емкостных элементов, способствующих появлению продольно-намагничивая реакции якоря. Внешние характеристики генератора при емкостном характере нагрузки слабо меняются и даже могут содержать нарастающие участка. Конденсаторы, обеспечивающие емкостной характер нагрузки, включаются последовательно в цепь нагрузки непосредственно (рис. 5.15, а) или через пидвишучий трансформатор, который позволяет уменьшить массу конденсаторов за счет увеличения их рабочего напряжения и уменьшения тока (рис. S.1S, б). Возможно также параллельное включение конденсатора в круг генератора (рис. 5.15, е).

Рисунок 5.15 — включение стабилизирующих конденсаторов в круг синхронного генератора с постоянными магнитами

Хорошую стабилизацию выходного напряжения генератора с ПМ можно обеспечить с помощью резонансного контура, содержащего емкость С и дроссель насыщения L. Контур включается параллельно нагрузке, как показано на рис. 5.16, а в однофазном изображении. За счет насыщения дросселя его индуктивность падает с ростом тока и зависимость напряжения на дросселе от тока дросселя имеет нелинейный характер (рис. 5.16, б). В то же время зависимость напряжения на емкости от тока — линейная. В точке пересечения кривых и , что соответствует номинальному напряжению генера-

Рисунок 5.16 — стабилизация напряжения, синхронного генератора с постоянными магнитами с помощью резонансного контура: а — схема подключения контура; б — вольт-амперные характеристики (б)

тора , в контуре наступает резонанс токов, то есть и реактивный ток в контур извне не поступает.

Если напряжение снизится, то, как видно из рис. 4.15, б, при имеем , то есть контур забирает от генератора емкостный ток. Продольно-намагничивая реакция якоря, возникающая при этом, способствует росту U . Если же , то и контур забирает от генератора индуктивный ток. Продольно-размагничивающей реакция якоря приводит к снижению U.

В некоторых случаях для стабилизации напряжения генераторов используются дроссели насыщения (ДН), что пидмагничуються постоянным током от системы регулирования напряжения. При снижении напряжения регулятор увеличивает пидмагничуючий ток в дросселе, его индуктивность снижается из-за насыщения сердечника, уменьшается действие продольно- размагничивающей реакции якоря, а также падение напряжения на ДН, что способствует восстановлению выходного напряжения генератора.

Регулирования и стабилизации напряжения генераторов с ПМ можно эффективно осуществлять с помощью полупроводникового преобразователя, в каждой фазе которого есть два встречно-параллельно включенных тиристора. Каждая полуволна кривой напряжения перед преобразователем соответствует прямом напряжении на одном из тиристоров. Если система управления подает сигналы на включение тиристоров с некоторым запаздыванием, что соответствует углу управления . С ростом напряжения за преобразователем уменьшается, при снижении напряжения на зажимах генератора угол уменьшается так, чтобы напряжение по генератором . С помощью подобного преобразователя можно не только стабилизировать, но и регулировать выходное напряжение в широких пределах, изменяя угол . Недостаток описанной схемы — ухудшение качества напряжения при увеличении за счет появления высших гармоник.

Описанные способы регулирования и стабилизации напряжения связанные с применением в отношении тяжелых и громоздких внешних по отношению к генератору дополнительных устройств. Можно обеспечить достижение поставленной цели путем использования в генераторе дополнительной пидмагничуваючои обмотки (ПО) постоянного тока, меняет мере насыщения стальных магнито проводов и меняет, таким образом, внешнюю магнитную проводимость по отношению к магниту.

Возбуждение синхронной машины и её магнитные поля. Возбуждение синхронного генератора.

Обмотка возбуждения синхронного генератора (С.Г.) располагается на роторе и получает питание постоянным током от постороннего источника. Она создает основное магнитное поле машины, которое вращается вместе с ротором и замыкается по всему магнитопроводу. В процессе вращения это поле пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в них ЭДС Е10.
Для питания обмотки возбуждения мощных С.Г. используются специальные генераторы – возбудители. Если они установлены отдельно, то питание в обмотку возбуждения подается через контактные кольца и щеточный аппарат. Для мощных турбогенераторов возбудители (синхронные генераторы «обращенного типа») навешивают на вал генератора и тогда обмотка возбуждения, получает питание через полупроводниковые выпрями-тели, установленные на валу.
Мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет примерно 0,2 — 5% от номинальной мощности С.Г., причем меньшая величина – для крупных С.Г.
В генераторах средней мощности часто используют систему самовозбуждения – от сети обмотки статора через трансформаторы, полупроводниковые выпрямители и кольца. В очень малых С.Г. иногда используют постоянные магниты, но это не позволяет регулировать величину магнитного потока.

Обмотка возбуждения может быть сосредоточенной (у явнопо-люсных синхронных генераторов) или распределенной (у неявнополюсных С.Г.).

Магнитная цепь С.Г.

Магнитная система С.Г. – это разветвленная магнитная цепь, имеющая 2р параллельных ветвей. При этом магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения, замыкается по таким участкам магнитной цепи: воздушный зазор «?» – два раза; зубцовая зона статора hZ1 – два раза; спинка статора L1; зубцовый слой ротора «hZ2» — два раза; спинка ротора – «LОБ». В явнополюсных генераторах на роторе есть полюса ротора «hm» — два раза (вместо зубцового слоя) и крестовина LОБ (вместо спинки ротора).

На рисунке 1 видно, что параллельные ветви магнитной цепи симметричны. Видно также, что основная часть магнитного потока Ф замыкается по всему магнитопроводу и сцеплена как с обмоткой ротора, так и с обмоткой статора. Меньшая часть магнитного потока Фсигма(извените нету символа) замыкается только вокруг обмотки возбуждения, а затем по воздушному зазору не сцепляясь с обмоткой статора. Это магнитный поток рассеяния ротора.

Рисунок 1. Магнитные цепи С.Г.
явнополюсного (а) и неявнополюсного (б) типа.

В этом случае полный магнитный поток Фm равен:

где СИГМАm – коэффициент рассеяния магнитного потока.
МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме холостого хода можно определить как сумму составляющих МДС, необходимых на преодоление магнитных сопротивлений в соответствующих участках цепи.

Наибольшим магнитным сопротивлением обладает участок воз-душного зазора, у которого магнитная проницательность µ0 = const постоянна. В представленной формуле wВ – это число последовательно соединенных витков обмотки возбуждения на пару полюсов, а IВО – ток возбуждения в режиме холостого хода.

Сталь магнитопровода с увеличением магнитного потока имеет свойство насыщения, поэтому магнитная характеристика синхронного генератора нелинейна. Эту характеристику как зависимость магнитного потока от тока возбуждения Ф = f(IВ) или Ф = f(FВ) можно построить путем расчета или снять опытным путем. Она имеет вид, показанный на рисунке 2.

Рисунок 2. Магнитная характеристика С.Г.

Обычно С.Г. проектируют так, чтобы при номинальном значении магнитного потока Ф магнитная цепь была насыщена. При этом участок «ав» магнитной характеристики соответствует МДС на преодолении воздушного зазора 2Fсигма, а участок «вс» – на преодоление магнитного сопротивления стали магнитопровода. Тогда отношение можно назвать коэффициентом насыщения магнитопровода в целом.

Холостой ход синхронного генератора

Если цепь обмотки статора разомкнута, то в С.Г. существует только одно магнитное поле — созданное МДС обмотки возбуждения.
Синусоидальное распределение индукции магнитного поля, необходимое для получения синусоидальной ЭДС обмотки статора, обеспечивается:
— в явнополюсных С.Г. формой полюсных наконечников ротора (под серединой полюса зазор меньше, чем под его краями)и скосом пазов статора.
— в неявнополюсных С.Г. – распределением обмотки возбужде-ния по пазам ротора под серединой полюса зазор меньше, чем под его краями и скосом пазов статора.
В многополюсных машинах применяют обмотки статора с дроб-ным числом пазов на полюс и фазу.

Рисунок 3. Обеспечение синусоидальности магнитного
поля возбуждения

Поскольку ЭДС обмотки статора Е10 пропорциональна магнитному потоку Фо, а ток в обмотки возбуждения IВО пропорционален МДС обмотки возбуждения FВО, нетрудно построить зависимость: Е0 = f(IВО) идентичную магнитной характеристике: Ф = f(FВО). Эту зависимость называют характеристикой холостого хода (Х.Х.Х.) С.Г. Она позволяет определять параметры С.Г., строить его векторные диаграммы.
Обычно Х.Х.Х. строят в относительных единицах е0 и iВО, т.е. те-кущее значение величин относят к их номинальным значениям

В этом случае Х.Х.Х. называют нормальной характеристикой. Интересно то, что нормальные Х.Х.Х. практически для всех С.Г. одинаковы. В реальных условиях Х.Х.Х. начинается не из начала координат, а из некоторой точки на оси ординат, которая соответствует остаточной ЭДС е ОСТ., обусловленной остаточным магнитным потоком стали магнитопровода.

Рисунок 4. Характеристика холостого хода в относительных единицах

Принципиальные схемы возбуждения С.Г. с возбуждением а) и с самовозбуждением б) показаны на рисунке 4.

Рисунок 5. Принципиальные схемы возбуждения С.Г.

Магнитное поле С.Г. при нагрузке.

Чтобы нагрузить С.Г. или увеличить его нагрузку, надо уменьшить электрическое сопротивление между зажимами фаз обмотки статора. Тогда по замкнутым цепям фазных обмоток под действием ЭДС обмотки статора потекут токи. Если считать, что эта нагрузка симметрична, то токи фаз создают МДС трехфазной обмотки, которая имеет амплитуду

и вращается по статору с частотой вращения n1, равной частоте вращения ротора. Это значит, что МДС обмотки статора F3Ф и МДС обмотки возбуждения FВ, неподвижная относительно ротора, вращаются с одинаковыми скоростями, т.е. синхронно. Иначе говоря, они неподвижны относительно друг друга и могут взаимодейст-вовать.
В то же время в зависимости от характера нагрузки эти МДС могут быть по-разному ориентированы относительно друг друга, что изменяет характер их взаимодействия и, следовательно, рабочие свойства генератора.
Отметим еще раз, что воздействие МДС обмотки статора F3Ф = Fa на МДС обмотки ротора FВ называется «реакция якоря».
В неявнополюсных генераторах воздушный зазор между ротором и статором является равномерным, поэтому индукция В1, созданная МДС обмотки статора, распределена в пространстве как и МДС F3Ф = Fa синусоидально независимо от положения ротора и обмотки возбуждения.
В явнополюсных генераторах воздушный зазор неравномерен как за счет формы полюсных наконечников, так и за счет междуполюсного пространства, заполненного медью обмотки возбуждения и изоляционными материалами. Поэтому магнитное сопротивление воздушного зазора под полюсными наконечниками значительно меньше, чем в области междуполюсного пространства. Ось полюсов ротора С.Г. называют его продольной осью d — d, а ось междуполюсного пространства – поперечной осью С.Г. q — q.
Это значит, что индукция магнитного поля статора и график её распределения в пространстве зависят от положения волны МДС F3Ф обмотки статора относительно ротора.
Допустим, что амплитуда МДС обмотки статора F3Ф = Fa совпадает с продольной осью машины d — d, а пространственное распределение этой МДС синусоидально. Положим также, что ток возбуждение равен нулю Iво = 0.
Для наглядности изобразим на рисунке линейную развертку этой МДС, из которой видно, что индукция магнитного поля статора в области полюсного наконечника достаточно велика, а в области междуполюсного пространства резко снижается практически до нуля из — за большого сопротивления воздуха.


Рисунок 6. Линейная развертка МДС обмотки статора по продольной оси.

Такое неравномерное распределение индукции с амплитудой В1dmax можно заменить синусоидальным распределением, но с меньшей амплитудой В1d1max.
Если максимальное значение МДС статора F3Ф = Fa совпадает с поперечной осью машины, то картина магнитного поля будет иной, что видно из рисунка линейной развертки МДС машины.

Рисунок 7. Линейная развертка МДС обмотки статора по поперечной оси.

Здесь также величина индукции в районе полюсных наконечни-ков больше, чем в области междуполюсного пространства. И вполне очевидно, что амплитуда основной гармоники индукции поля статора В1d1 по продольной оси больше амплитуды индукции поля В1q1, по поперечной оси. Степень уменьшения индукции В1d1 и В1q1, которое обусловлено неравномерностью воздушного зазора учитывают с помощью коэффициентов:


Они зависят от многих факторов и, в частности, от отношения сигма/тау(извените нету символа) (относительная величина воздушного зазора), от отношения

(коэффициент полюсного перекрытия), где вп – ширина полюсного наконечника, и от других факторов.

Устройство синхронных генераторов с постоянными магнитами | RuAut

Постоянные магниты — это изделия определенной формы (диск, кольцо, подкова, призма, стержень) из предварительно намагниченного магнитотвердого материала. Постоянные магниты способ­ны сохранять длительное время значительную остаточную магнит­ную индукцию, находясь вне намагничивающего магнитного поля. Постоянные магниты намагничиваются до состояния магнитного насыщения в сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и даже сотни тысяч А/м. При этом циклы намагничивания повторяются несколько раз. Постоянные магниты характеризуются вы­сокими значениями коэрцитивной силы и остаточной магнитной индукции. К постоянным магнитам, применяемым в электриче­ских машинах, помимо общих требований, характеризующих маг­нитные свойства, предъявляются требования стойкости к темпе­ратурным воздействиям и вибрациям, которым подвержены элек­трические машины.

В настоящее время в электрических машинах малой мощности магнитоэлектрического возбуждения применяют постоянные маг­ниты:

  • металлокерамические, полученные путем прессования и спекания порошков магнитотвердых сплавов на основе железо-алюминий-никель-кобальта, магнитные свойства таких магнитов ниже, чем у литых, но они обладают высокой механической прочностью и не требуют механической обработки;
  • оксидные, изготовляемые из порошков ферритов бария и стронция методом прессования и спекания; недостатком ферритовых магнитов является их подверженность температурным воздействиям;
  • на основе соединений кобальта с редкоземельными элементами, превосходя другие постоянные магниты по своим свойствам, они имеют сравнительно высокую стоимость и сложную технологию изготовления;
  • на основе неодима-железа-бора, которые являются менее до­рогостоящими и менее подверженными образованию сколов и трещин, но они имеют невысокую температурную стабильность.

В электрических машинах весьма малой мощности (миниатюр­ных) иногда используют тонкие пленки, получаемые методом напыления магнитотвердого материала на рабочую поверхность. В синхронных магнитоэлектрических генераторах применяют постоянные магниты следующих форм.


  • при весьма малой мощности используют постоянный магнит «звездочка» 2, напрессованный на вал 1.
  • при несколько большей мощности применяют ротор с когтеобразными полюсами 3 и постоянным магнитом 2 в виде полого цилиндра. Когтеобразные полюсы и постоянный магнит закреплены на валу через немагнитную втулку 4. Система когтеобразных полюсов защищает постоянный мaгнит от размагничивающего воздействия ударного тока при внезапном коротком замыкании генератора. Недостаток роторов с когтеобразными полюсами небольшой объем, занимаемый постоянным магнитом. Этот недостаток устра­няется применением двух цилиндрических магнитов при сдвоенной когтеобразной конструкции ротора.
  • при еще большей мощности синхронного генератора целесообразно использовать ротор из набора призматических постоян­ных магнитов. Такой ротор содержит несколько по­стоянных магнитов призматической формы, расположенных радиально.

Своими внутренними торцами эти магниты примыкают к не­магнитной втулке, а наружными торцами они примыкают к свар­ному цилиндру, состоящему из полюсных наконечников и не­магнитных вставок (для предотвращения замыкания магнитного потока постоянных магнитов в этом цилиндре). В пазах цилиндра на участках между немагнитными вставками, являющимися по­люсными наконечниками располагают короткозамкнутую успоко­ительную (демпферную) обмотку. Эта обмотка выполняет двоякую роль: она устраняет возможные качания ротора относительно статора и в то же время защищает постоянные магниты от размагничивающего воздействия токов, вызванных нестабильными ре­жимами работы генератора.

Источник: Кацмап М М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации

Генератор на постоянных магнитах | Alxion

Генератор с постоянными магнитами — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. В этом устройстве обмотки ротора заменены постоянными магнитами. Эти устройства не требуют отдельного источника постоянного тока для цепи возбуждения или имеют контактные кольца и контактные щетки. Эти машины являются превосходной альтернативой традиционным асинхронным двигателям, которые могут быть соединены с турбинами, дизельными генераторами и использоваться в гибридных транспортных средствах.Еще одним важным преимуществом является то, что эти машины не требуют какой-либо конкретной рабочей среды и, следовательно, могут использоваться в ветряных и водяных машинах.

PMG может быть машиной постоянного напряжения с щетками и вращающимся коллектором или, что гораздо чаще, синхронной многофазной машиной переменного тока, в то время как магнитные поля статора и ротора вращаются с одинаковой скоростью. Это исключает потери возбуждения в роторе, которые обычно составляют от 20 до 30 процентов от общих потерь генератора.Уменьшение потерь также приводит к меньшему повышению температуры в генераторе, что означает, что можно использовать меньшую и более простую систему охлаждения. Если вы рассматриваете генератор постоянного тока с постоянными магнитами, то индуктор будет находиться на статоре с массивом постоянных магнитов. Но в случае генератора переменного тока индуктор расположен на роторе со сборкой постоянных магнитов.

PMG снижает потери в роторе на 20–30 процентов. Таким образом, мы получаем гораздо более крутую систему. Это снижение температуры также снижает температуру подшипников и, следовательно, повышает надежность и срок службы подшипников.Последние разработки в технологии PMG стали возможными благодаря значительному усовершенствованию магнитных материалов за последнее десятилетие. Небольшой кусок неодима-борного железа (NeFeB) в 10 раз прочнее, чем традиционные, сделанные из ферритового магната. Таким образом, при дальнейших исследованиях мы сможем повысить прочность и надежность этих устройств.

Спрос на эти устройства растет день ото дня. С ростом стоимости электроэнергии люди ищут альтернативный источник энергии, и генератор на постоянных магнитах идеально подходит для этого места.Эти устройства не используют никаких ресурсов окружающей среды для производства энергии и, следовательно, являются экологически чистыми. Кроме того, в процессе выработки энергии из этих устройств не образуются отходы или побочные продукты. Эксперты по окружающей среде рекомендуют использовать генераторы с постоянными магнитами, так как они могут снизить воздействие загрязнения на 50%.

ALXION производит трехфазные генераторы с постоянными магнитами, см. Линейку генераторов STK.

Дополнительные определения о моментных двигателях и генераторах переменного тока

SkyMax Energy Legacy PMG

Собранные и обслуживаемые в США, наши ГРМ Legacy и Frontier Wind Turbine теперь имеют шпоночный вал и стабилизатор ступицы, а также включают самозатягивающуюся шайбу с кулачковым замком, предотвращающую вращение лопастей на валу.

Информация по эксплуатации:

  1. Обеспечивает напряжение аккумулятора примерно при 266 об / мин
  2. Увеличивает в два раза (2X) напряжение аккумулятора при примерно 506 об / мин
  3. Обеспечивает четырехкратное (4X) напряжение аккумулятора при примерно 960 об / мин.

Для ветряных турбин использовать только . Для использования в сочетании с гидро-, газовым и электродвигателем см. Наш Hydro PMG .

Зачем покупать ГПМ Legacy или Frontier вместо автомобильного генератора переменного тока Delco PMA?

Ответ просто больше меди! Больше меди означает больше мощности — каждый статор ГПМ Legacy содержит в два раза больше меди, чем любой РМА типа Delco.

Дополнительные причины, по которым Legacy PMG лучше ЛЮБОГО Delco или другого модифицированного автомобильного генератора переменного тока PMA:

  • Некоторые модифицированные генераторы переменного тока используют мощность для выработки энергии. Преобразователи Skymax Legacy PMG не потребляют входного питания.
  • В PMA
  • используется тонкий алюминиевый корпус, а статор не запрессован. Legacy PMG
  • имеет очень толстый алюминиевый корпус с дополнительными охлаждающими ребрами и запрессованный статор, что способствует правильной центровке и долговечности.
  • PMA
  • имеют только два монтажных отверстия.У Legacy PMG четыре из них плотно прикручены к монтажному кронштейну для надежной установки.
  • Генераторы
  • и некоторые PMA имеют слабый задний подшипник, который быстро изнашивается. В Legacy PMG используются два больших подшипника для тяжелых условий эксплуатации, чтобы предотвратить перегрев и преждевременный выход из строя.
  • В большинстве автомобильных генераторов переменного тока и перепрофилированных ПМА используется низкосортная электротехническая сталь с высоким содержанием железа, которая может выделять много тепла. В Legacy PMG используется высококачественная электротехническая сталь, оптимизированная для эффективного охлаждения.

PMG Характеристики:

  • Полностью собрана в США
  • Номинальная выходная мощность 1600 Вт
  • NO COGGING, легко поворачивается — скорость 6 миль / ч
  • Перекошенный сердечник статора с обмотками из высококачественной электротехнической стали и усиленной медью
  • Вал из нержавеющей стали 17 мм, совместимый со всеми ступицами Missouri Wind и Solar
  • 2x толстый алюминиевый корпус с дополнительными ребрами охлаждения
  • Ротор с 14 редкоземельными неодимовыми магнитами, оцинкованный
  • Нет щеток для выхода из строя или замены
  • Усиленные подшипники спереди и сзади
  • Совместимость с конфигурациями болтов delco и установка на стандартный монтажный кронштейн
  • Поставляется с мостовым выпрямителем

PMG Технические характеристики:

  • Диаметр отверстий под болты 3/8 «
  • 1 15/16 дюйма по центру между монтажными отверстиями
  • 5 Ширина НД 7/8 дюйма
  • 6 5/16 «высотой
  • 5.5 дюймов, общая длина
  • Резьба вала и размер: M17 — 1,25 (M = метрическая, 1,25 = метрическая резьба)
  • Дополнительная морская отделка *

В морской среде внутренние компоненты со временем ржавеют. Перед окончательной сборкой внутреннее пространство покрывается морским лаком. Поскольку наше приобретаемое отдельно покрытие PMA может быть доставлено только наземным транспортом и ограничено в некоторых странах, компания Missouri Wind and Solar предлагает дополнительную услугу по нанесению покрытия на внутренние компоненты перед отправкой.Продлите срок службы Legacy PMG, защитив его от воздействия морской воды. Пожалуйста, дайте дополнительное время на обработку при выборе этой услуги.

Высокоскоростные генераторы на постоянных магнитах — Генераторы на постоянных магнитах (генераторы для ветряных турбин)

Преимущества:

Проверенная надежность — максимальная прибыльность

  • Устойчивость к КЗ без размагничивания
  • Ротор с повышенной выносливостью при превышении скорости
  • Конструкция подшипника, исключающая циркуляционные токи

Низкая стоимость владения (покупка — пробег — простой)

  • Производство, идентичное во всем мире
  • Высокая доступность и превосходная эффективность> 98%
  • Минимальные требования к обслуживанию и местная поддержка
Размер рамы
500, 560 и 710
Мощность
1.От 5 до 7,9 МВт
КПД при номинальной частоте вращения
До 98% (> 97% при нагрузке 20%)
Охлаждение
с воздушным или водяным охлаждением
Монтаж и защита
IM1001 (наклон 4 … 6 град), IP54
Напряжение
690 В, 1000 В, 3,3 кВ
Частота
50 и 60 Гц
Варианты номинальной скорости
Между 1000…1800 об / мин
Диапазон рабочих скоростей
0 … 2000 об / мин
Макс. превышение скорости
до 2500 об / мин (в зависимости от типоразмера)
Класс изоляции / Темп. подъем
F / B и F / F
Типовые размеры с водяным охлаждением
(Д x Ш x В, вес)
2.5 МВт: 2400 х 1700 х 1800; ~ 7 тн
3,0 МВт: 2500 х 1700 х 2000; ~ 10 тн
5,0 МВт: 3100 х 1800 х 2300; ~ 13 тн
7,0 МВт: 3300 х 1800 х 2400; ~ 15 тн

Компания ABB имеет 20-летний опыт работы в технологии PM, что позволяет нам использовать оптимизированные, экономичные конструкции с малой массой магнита и при этом обеспечивать самые высокие характеристики на рынке. Наш ротор HS PM рассчитан на самые высокие усталостные и пиковые нагрузки с превышением скорости до 3000 об / мин. Мы используем специальные магнитные модули для максимальной защиты от коррозии и надежного крепления магнитов.Наши глобальные долгосрочные соглашения о поставках магнитных материалов обеспечивают производительность, доступность и контроль затрат.
Наш 30-летний опыт работы с преобразователями с высокими требованиями обеспечивает полную электрическую совместимость блока генератор-преобразователь.

Проверенное семейство генераторов АББ с ГПМ мощностью 1,5–3,2 МВт было разработано для большинства турбин, используемых сегодня. Стандартная модульная конструкция — с воздушным или водяным охлаждением — может быть модифицирована для различных соединений интерфейса турбины. Запатентованная технология ротора ABB PM доказала устойчивость к короткому замыканию без размагничивания.Конструкция жесткая, чтобы выдерживать более высокие скорости. Генераторы ABB HS PM предлагают надежные, экономичные решения с короткими сроками поставки.

По запросу доступны генераторы мощностью от 500 кВт до 7 МВт.

Высокоскоростная трансмиссия:
Использование проверенной стандартной высокоскоростной трансмиссии (HS) обеспечивает гибкость при выборе концепции турбины. Система HS PMG механически аналогична системе с двойной подачей. Он предлагает OEM-производителям турбин ускоренный переход от DF для получения всех преимуществ концепции полного преобразователя (FC) без обширной модернизации.Это обеспечивает легкую логистику, сборку и низкую стоимость крана. Использование одинаковой трансмиссии для турбин всех размеров также приводит к стандартизации и глобально идентичным производственным линиям.

Генератор PM:
Генераторы PM представляют собой синхронные машины с заменой обмоток ротора постоянными магнитами. Они не нуждаются в отдельном возбуждении, поэтому потери возбуждения ротора — около 30% от общих потерь генератора — исключены. Это приводит к высокой плотности мощности и небольшому размеру с максимальной эффективностью на всех скоростях, предлагая максимальное годовое производство энергии при минимальных затратах на срок службы.

Генератор с 7 магнитами на постоянных магнитах

Описание продукта

Генератор с постоянными магнитами на 7 магнитов

Трехфазный выход — выход постоянного тока после входящего в комплект мостового выпрямителя

PMA Характеристики:

  • Модель с 7 магнитами, 14 полюсов
    • Неодимовые «редкоземельные» магниты с новейшим покрытием N45
  • Подходит для болтовых соединений delco 10SI и 12SI
  • Катушки статора с ручным заводом
  • Диаметр вала 17 мм подходит для наших ступиц с лопастями 17 мм
  • Компьютерная балансировка
  • Достигает напряжения более 12 В ниже 150 об / мин
  • Отлично подходит для зарядки аккумулятора 12 В
  • Двухротационный (обеспечивает питание в обоих направлениях)
  • Anti-cogging
  • Идеально подходит для пуска при слабом ветре (системы 12 В)
  • Собран вручную из 100% новых компонентов (здесь не используются ни бывшие в употреблении, ни восстановленные детали!)
  • Для зарядки аккумулятора: Может использоваться с ветряными турбинами 9 лопастей или меньше, ветряным турбинам с вертикальной осью, гидроэлектростанциям и моторам требуются соответствующий вентилятор и шкив для охлаждения.
  • Может использоваться для зарядки аккумуляторов 24 В и 48 В. банки при более высоких оборотах (обычно гидроэлектрические или газовые двигатели)
  • Вес: 7.5 фунтов.

Если вы живете рядом с соленой водой или в очень пыльном или суровом климате: используйте наше покрытие PMA для ветряных турбин с постоянным магнитом для дополнительной защиты PMA и всего остального, на котором вам нужна высококачественная долговечная отделка.

* Дополнительная морская отделка:

В морской среде со временем внутренние компоненты будут ржаветь. Наши услуги по покрытию морского лака включают в себя разборку двигателя и покрытие салона. Поскольку наше приобретаемое отдельно покрытие PMA может быть доставлено только наземным транспортом и ограничено в некоторых странах, компания Missouri Wind and Solar предлагает дополнительную услугу по нанесению покрытия на внутренние компоненты перед отправкой.Продлите срок службы Freedom PMG, защитив его от воздействия морской воды. Пожалуйста, дайте дополнительное время на обработку при выборе этой услуги.

4 преимущества генераторов на постоянных магнитах

4 преимущества генераторов постоянных магнитов

Ситуация, связанная с сокращением предложения ископаемого топлива и критическим состоянием окружающей среды, делает все более и более необходимым поиск альтернативных источников энергии.Все больше и больше людей выбирают генераторы на постоянных магнитах , чтобы заменить традиционные генераторы в некоторых домашних применениях. Если вы все еще не знакомы с генераторами постоянных магнитов и их преимуществами, эта статья должна привлечь ваше внимание.

Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 1: Источник свободной энергии

Генераторы на постоянных магнитах вырабатывают электричество с помощью внутренних магнитов, которые можно использовать для питания других электрических устройств, а это означает, что вам больше не нужно будет оплачивать дорогие счета за электроэнергию.Кроме того, вы даже можете продавать избыточную электроэнергию местным коммунальным предприятиям и получать от них оплату.

Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 2: надежный выход энергии

По сравнению с генераторами, работающими на других возобновляемых и экологически чистых источниках энергии, солнечной энергии и энергии ветра, например, генераторы на постоянных магнитах работают независимо от факторов внутри или снаружи вашего дома. Вам больше не нужно будет беспокоиться о погоде.

Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 3: низкая плата за установку

Установка генератора на постоянных магнитах не будет стоить вам больших денег.Достаточно за небольшие деньги купить все необходимое в строительном магазине и собрать самому. Затратив всего лишь сотни долларов на один день или меньше, вы можете иметь дома свои собственные генераторы на постоянных магнитах.

Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 4: не требует обслуживания

Еще одна замечательная особенность генераторов с постоянными магнитами заключается в том, что вам не нужно тратить много времени и денег на техническое обслуживание. Просто установите его и ждите, ожидая, что он принесет вам деньги!

Спасибо, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять преимущества генераторов с постоянными магнитами .Если вы хотите узнать больше о постоянных магнитах , мы хотели бы порекомендовать вам посетить Stanford Magnets для получения дополнительной информации.

Stanford Magnets — ведущий поставщик магнитов по всему миру, который занимается исследованиями и разработками, производством и продажей магнитов с 1990-х годов. Она предоставляет клиентам высококачественные изделия из редкоземельных постоянных магнитов и другие постоянные магниты, не являющиеся редкоземельными элементами, по очень конкурентоспособной цене.

Просмотры сообщений: 4 149

Теги: поставщик магнитов, Генераторы на постоянных магнитах, постоянные магниты

Что такое генераторы с постоянным магнитом

Генератор с постоянным магнитом — это электрический генератор, который используется для преобразования механической энергии в электрическую энергию переменного тока. Использование постоянного магнита вместо катушки возбуждения — это совершенно новый процесс, популярность которого с годами выросла.Высококачественные генераторы с постоянными магнитами все чаще используются в современных технологических приложениях, включая коммерческое и промышленное производство электроэнергии, системы хранения маховиков, кондиционирование и отопление, лампы бегущей волны, а также электродвигатели в гибридных автомобилях.

Как работает генератор с постоянным магнитом?

Генератор с постоянным магнитом не требует источника постоянного тока для цепи возбуждения, а также не требует наличия контактных колец или контактных щеток.Постоянные магниты встроены в стальные роторы, создавая постоянное магнитное поле. Обмотки статора подключены к источнику переменного тока для создания вращающегося магнитного поля. При синхронной скорости полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем. Ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой скоростью, потому что магнитное поле создается посредством установленного на валу механизма постоянного магнита, в то время как ток индуцируется в неподвижной раме.

Есть два типа сборок генераторов с постоянными магнитами: один с внутренним ротором и внешним статором, а другой с внутренним статором и внешним ротором.Генераторы с постоянными магнитами с внешним статором обеспечивают лучшие характеристики с точки зрения удельной мощности и крутящего момента к весу.

Постоянный ток приводит к нагреву машины, и поэтому процесс охлаждения важен для эффективности генератора. Чтобы помочь в отводе тепла, у большинства генераторов есть вентиляционные отверстия как спереди, так и сбоку, в то время как некоторые современные генераторы имеют внутри охлаждающие вентиляторы, которые работают таким же образом, используя механическую энергию от вращающегося вала лопастей.

Зачем вам генераторы с постоянными магнитами?

Паровые, газовые, гидроэнергетические и некоторые типы ветряных турбин используют генераторы с постоянными магнитами из-за присущей им простоты, надежности и стабильной производительности. PMA также используются в автомобилях, мотоциклах, авиационных двигателях, а также в бытовой технике, такой как газонокосилки и цепные пилы. Генераторы с постоянными магнитами также легкие, портативные и занимают меньше места, поэтому они представляют собой очень жизнеспособную альтернативу обычным генераторам.

Кроме того, в отличие от генераторов, которые потребляют всю производимую энергию, генераторы используют только минимальное количество энергии, что позволяет экономить больше энергии и помогает вам сэкономить на счетах за электроэнергию. Генератор с постоянными магнитами также создает непрерывную мощность независимо от потребляемой мощности и, следовательно, имеет лучшее управление нагрузкой, чем обычные генераторы.

Оптимизация конструкции нового типа внутреннего генератора с постоянными магнитами для расширителя диапазона электромобилей

Новый тип постоянного магнита (PM), направленный на устранение недостатков большого потока рассеяния и низкой плотности магнитного потока радиальной магнитной цепи и тангенциальной магнитной цепи предложен ротор с параллельными тангенциальным и радиальным магнитопроводами.На основе закона Ома и закона магнитных цепей Кирхгофа разработаны эквивалентные магнитные цепи для полюсов ротора. Предварительно определены структурные параметры генератора. В то же время с помощью метода Тагучи и анализа методом конечных элементов полюса ротора генератора оптимизируются для улучшения магнитной плотности воздушного зазора, крутящего момента и искажения формы сигнала обратной ЭДС. Наконец, обоснованность предлагаемых методов проектирования подтверждается аналитическими и экспериментальными результатами.

1. Введение

Электромобили широко используются в повседневной жизни людей благодаря их преимуществам низкого уровня загрязнения, низкого уровня шума и нулевого уровня выбросов. Но ограниченный ассортимент стал узким местом, ограничивающим его развитие. До того, как технология хранения аккумуляторов электромобилей сделала крупный прорыв, добавление генератора увеличенного диапазона для электромобилей было одним из важных способов увеличения долговечности [1, 2]. Итак, генераторное устройство — это ключевой компонент системы электроснабжения электромобилей.С совершенствованием электромобиля потребление энергии возрастает, и кремниевый выпрямляющий генератор не может удовлетворить потребности электрического оборудования в потребляемой мощности. Однако генератор с постоянными магнитами возбуждается PM без обмотки электрического возбуждения и имеет преимущества простой конструкции, высокой плотности мощности, высокой надежности и т. Д., Поэтому он имеет широкую рыночную перспективу в системе электроснабжения электромобилей. [3, 4].

В литературе [5] был предложен новый синхронный генератор с двойным радиальным постоянным магнитом, устанавливаемый на поверхность и внутри, с использованием метода эквивалентной магнитной цепи (ЭМС).Проанализированы магнитная проницаемость и магнитная проницаемость рассеяния генератора, определены оптимальные конструктивные параметры генератора. Одно исследование [6] показало, что использование метода установки уровня для оптимизации синхронного генератора с постоянными магнитами снижает крутящий момент генератора и улучшает характеристики двигателя. В литературе [7] предложен генератор осевой магнитной цепи, в котором полюс ротора состоит из сердечника и PM, и за счет оптимизации формы магнитного полюса содержание гармоник уменьшается.В литературе [8] представлен новый тип конструкции ротора, в котором основной магнитный поток и поток утечки PM рассчитываются методом EMC, итерация не сходится, когда железный сердечник сильно насыщен. В литературе [9] установлена ​​модель ЭМС разомкнутой цепи для поверхностного и внутреннего синхронного двигателя с постоянными магнитами и модель ЭМС при реакции якоря. Решены магнитное поле воздушного зазора и обратная ЭДС якоря двигателя; точность аналитического расчета подтверждается результатами конечных элементов.В литературе [10] используется генетический алгоритм и оптимизация роя частиц для улучшения всесторонних характеристик двигателя, но установление и анализ решения целевой функции в этих алгоритмах довольно сложны, что не только затрудняет реализацию быстрого вычисления оптимальные параметры, но также имеет определенную локализацию в многоцелевом оптимизирующем дизайне. Однако метод Тагучи — это алгоритм локальной оптимизации, который может реализовать многокритериальную оптимизацию генератора.Он не только позволяет реализовать быструю конструкцию генератора, но также имеет высокую точность конструкции. В последние годы он широко используется при разработке и проектировании генераторов [11, 12].

Чтобы точно спроектировать и проанализировать взаимосвязь между выходными характеристиками тангенциального и радиально-параллельного генератора постоянного магнита (ITQPMG), определены параметры магнитного полюса. При создании модели ЭМС предварительно определяются параметры магнитного полюса, а затем оптимизируются методом Тагучи.В данном исследовании параметры магнитного полюса были выбраны в качестве горизонтальных переменных. Реализована многокритериальная оптимизация выходных характеристик, таких как пиковое значение магнитной плотности воздушного зазора, коэффициент искажения формы сигнала обратной ЭДС без нагрузки и пиковое значение крутящего момента зубчатого зацепления, поэтому может быть получена оптимальная комбинация параметров для улучшения характеристик ITQPMG.

2. Определение основных параметров

Магнитная цепь обычного генератора с постоянными магнитами разделена на радиальные и тангенциальные направления.Хотя генератор радиальной магнитной цепи имеет меньшую утечку, а форма сигнала обратной ЭДС имеет хорошие синусоидальные свойства, пиковое значение плотности потока в воздушном зазоре ниже. Внутренний радиальный генератор с постоянными магнитами (IRPMG) показан на рисунке 1 (а); Когда утечка в генераторе тангенциальной магнитной цепи велика, тангенциальные магнитные полюса могут создавать определенную степень эффекта скопления магнита. Таким образом, пиковое значение плотности воздушного зазора является высоким, а коэффициент искажения формы сигнала обратной ЭДС — низким [13].Внутренний тангенциальный генератор с постоянными магнитами (ITPMG) показан на рисунке 1 (b). В этом исследовании обсуждаются преимущества двух типов PM-генератора магнитной цепи и предлагается новый тип PM-генератора, который уменьшает утечку магнетизма между магнитными полюсами и делает формы сигналов обратной ЭДС синусоидальными. Радиальный и тангенциальный потоки вместе создают магнитный поток и синтезируют его в воздушном зазоре, который имеет замечательный эффект магнитной концентрации, компенсирует депрессию сигналов обратной ЭДС и повышает эффективность генератора.Структура ITQPMG показана на рисунке 1 (c). Исходные проектные параметры приведены в таблице 1.


Параметры Значения

Внутренний диаметр статора (мм) 106 (мм) 135
Осевая длина (мм) 30
Длина воздушного зазора (мм) 0.5
Количество пазов статора 36
Номинальная мощность (Вт) 500
Номинальное напряжение (В) 28
Номинальная скорость (об / мин)
Пары полюсов 6
Обмотка витков на паз 11

3. Создание и анализ схемы ЭМС2 в соответствии с моделью

PM характеристики топологической структуры ротора, модель ЭМС установлена ​​в режиме холостого хода генератора.Модель состоит из двух независимых потоков магнитного потока: первый путь магнитного потока представляет собой замкнутый магнитный путь, независимо образованный тангенциальными PM, а вторые пути потока представляют собой замкнутые магнитные цепи, образованные двумя последовательными радиальными прямоугольными соединениями PM. Основной путь потока и путь рассеяния нового типа конструкции генератора с постоянными магнитами показаны на рисунке 2, а эквивалентная магнитная цепь ITQPMG показана на рисунке 3.



Когда генератор работает без В состоянии нагрузки прямая осевая составляющая реакции якоря составляет F d = 0.Согласно закону Ома и закону Кирхгофа о магнитных цепях, мы можем установить модель ЭМС следующим образом: где F мТл — эквивалентная магнитодвижущая сила тангенциальной стали PM, H c — коэрцитивная сила PM, b mT — толщина тангенциальной стали PM в направлении намагничивания, F mQ — эквивалентная магнитодвижущая сила радиальной стали PM, F d d осевой компонент якоря реакция, G mT — проницаемость тангенциальной стали PM, G mQ — проницаемость радиальной стали PM, G Tl — проницаемость утечки тангенциальной стали PM, G Ql — проницаемость радиальной PM стали, G r1 — проницаемость между сердечником ротора и воздушным зазором, G r2 — проницаемость ротора сердечник между двумя радиальными сталями PM, G g — проницаемость воздушного зазора между ротором и статором, G t — проницаемость зуба статора, G ts — проницаемость башмака статора, G y — магнитная проницаемость ярма статора, φ мТл — поток, обеспечиваемый тангенциальной сталью PM, φ mQ — поток, обеспечиваемый радиальной сталью PM, φ Ql — поток утечки радиальной стали PM, φ Tl — поток рассеяния радиальной стали PM, а φ U — эффективный поток.

Формула расчета обратной ЭДС фазы генератора: где — частота генератора; K w — коэффициент намотки обмотки якоря; , где K d — коэффициент распределения; , где — количество пазов на полюс каждой фазы; , где Z s — количество пазов статора, а м — количество фаз, м = 3; K p — коэффициент ближнего действия; ,, где — шаг намотки; K φ — коэффициент формы волны потока воздушного зазора, K φ = 1.11; и N — витки обмотки якоря каждой фазы.

Окружной магнитный поток в воздушном зазоре, создаваемый сталью PM в роторе, можно выразить следующей расчетной формулой: где D — диаметр ротора, — коэффициент дуги механического полюса генератора, — коэффициент дуги магнитного полюса, — остаточная магнитная индукция, — осевая длина генератора.

В этой конструкции используется метод звездообразного соединения, поэтому обратная ЭДС холостого хода равна номинальному напряжению, умноженному на номинальное.Таким образом, ширина тангенциальной стали PM составляет 11 мм, толщина направления намагничивания составляет 4 мм, ширина радиальной стали PM составляет 6 мм, толщина направления намагничивания составляет 2 мм, а глубина имплантации радиальный ПМ 14 мм.

4. Оптимальная конструкция полюса ротора

Размер и положение полюса ротора существенно влияют на производительность генератора с постоянными магнитами. Однако параметры магнитного полюса, рассчитанные методом ЭМС, могут быть не лучшим параметром производительности, поэтому необходимо оптимизировать конструкцию полюса ротора.Метод Тагучи — это алгоритм локальной оптимизации, который может оптимизировать несколько целей одновременно. Создав ортогональную таблицу испытаний, можно рассчитать оптимальную комбинацию параметров многокритериальной оптимизации с наименьшими затратами времени на эксперимент. В этом исследовании метод Тагучи используется для оптимизации полюсов ротора ITQPMG.

4.1. Схемы испытаний

Для генератора PM с параллельной магнитной цепью параметры PM и радиальная глубина имплантации PM имеют большое влияние на производительность [14].Следовательно, в этом исследовании есть три цели оптимизации, такие как пиковое значение крутящего момента зубчатого зацепления ( T ), пиковое значение плотности потока в воздушном зазоре ( G ) и коэффициент искажения холостого хода. обратная ЭДС ( К r ). Ширина тангенциального PM ( h mT ), толщина направления намагничивания тангенциального PM ( b mT ), ширина радиального PM ( h mQ ), толщина направления намагничивания радиального PM ( b mQ ) и глубины имплантации радиального PM ( b ) выбираются в качестве переменных.Результаты экспериментальной матрицы и конечных элементов представлены в таблице 2.

12 (мм) 12 (мм) h mQ (мм)

Параметры h mT (мм) b

46 mT
b mQ (мм) b (мм)

Уровень фактора 14 10 2 10
Уровень фактора 2 11 3 5 3 12
Уровень фактора 3 12 4 4
Уровень фактора 4 13 5 7 5 16

The c Формула для расчета коэффициента искажения формы сигнала обратной ЭДС для генератора PM [15–17]: где U N — амплитуда N -й гармоники.

В соответствии с факторами и уровнями в Таблице 2 установлена ​​экспериментальная матрица. Если традиционный метод оптимизации с одной переменной и одной целью использует эксперименты, оптимизация многопараметрического и многоцелевого генератора с постоянными магнитами может быть завершена методом Тагучи только с 16 экспериментами. Устанавливается ортогональная экспериментальная матрица влияющих факторов, и результаты экспериментов решаются с помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов.Результаты экспериментальной ортогональной таблицы и решения моделирования представлены в таблице 3.

1 2 9014 9014 4 4 9014 9014 9024 По формуле вычисляется среднее значение решения в Таблице 3: где n — время эксперимента, а S i — среднее значение целевой производительности i -го раза.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.


Экспериментальная матрица K r (%) (Н · м) G (T)
h mT (мм) b mT (мм) h

48 09 ммQ
b mQ (мм) b (мм)

1 1 1 1 1 0,58 0,51
2 1 2 2 2 2 40,2 0,81 0,614
9014 9014
3 3 36,2 1,04 0,74
4 1 4 4 4 4 ,36,4
5 2 1 2 3 4 45,3 0,75 0,58
6 2 41,8 0,85 0,62
7 2 3 4 1 2 35,8 1,12 0,80 3 2 1 31.4 1,29 0,82
9 3 1 3 4 2 43,1 1,04 0,614 0,614
3 1 39,3 1,37 0,79
11 3 3 1 2 4 .75
12 3 4 2 1 3 30,5 1,16 0,81
13
4 42,6 1,22 0,74
14 4 2 3 1 4 40,4 1,46 0,801 2 4 1 35.8 1,17 0,76
16 4 4 1 3 2 31,4 1,33 0,814
0,814
каждого среднего значения 9024 рассчитывается удельная целевая производительность: где M xi — среднее значение индекса производительности при i -м коэффициенте параметра x , M x — индекс производительности параметр x в определенном эксперименте, а J , k , l и n — порядковые номера эксп эримент.

Для облегчения всестороннего анализа изменение показателей в зависимости от уровня факторов представлено пунктирными линиями, как показано на рисунках 4–6.




Из рисунков 4–6 видно, что эти три набора горизонтальных комбинаций предназначены для оптимизации отдельных показателей производительности. Например, учитывая влияние трех индексов производительности на ITQPMG, необходимо проанализировать дисперсию для дальнейшего анализа влияния изменений каждого параметра на различные индексы производительности и определения параметров.Изменяя пропорцию влияния на его показатели производительности и получая результаты оптимизации, получаем где s — влияние факторов, таких как,,,, и; S ( s ) — дисперсия индекса производительности при параметре s ; M ( s ) — общее среднее значение индекса производительности. Результаты расчета дисперсии отражают долю различных факторов уровня в каждом тестовом индексе. Результат S ( s ) показан в таблице 5.


Индекс оптимизации K r (%) T

48 (N
)

48 (N · 9014 м)

48 (T)

м 38 1,105 0,73

9014

Параметры S Kr S T S

4 G
9014 Пропорция (%) Разница Пропорция (%)

h mT 0,396 0.85 0,0210 23,28 0,0016 16,50
b mT 24,760 53,65 0,0180 0,00146 20,743 45,00 0,0490 54,32 0,0020 20,62
b mQ 0.116 0,35 0,0003 0,33 0,00005 0,51
b 0,072 0,15 0,0019 100 0,0902 100 0,00970 100

4.2. Определение окончательной схемы оптимизации

Как видно из таблицы 5, размер дисперсии может прямо отражать долю влияния параметров оптимизации на показатели эффективности [18, 19].Параметр b mT имеет наибольшее влияние на пик магнитной плотности воздушного зазора и форму сигнала обратной ЭДС генератора PM. По сравнению с пропорциями S Kr и S G , ширина тангенциальной стали PM h mT имеет большое влияние на крутящий момент генератора PM. Толщина направления намагничивания радиальной стали PM b mQ и глубина имплантации стали PM b имеют наибольшее влияние на пиковое значение магнитной плотности воздушного зазора.

Согласно вышеприведенному анализу, выбор всех факторов должен основываться на стандарте оптимизации скорости искажения формы сигнала обратной ЭДС без нагрузки, пиковом значении максимума магнитной плотности воздушного зазора и пиковом значении минимального крутящего момента зубчатого зацепления. Наконец, комбинация параметров [ h mT (1) b mT (4) h mQ (1) b mQ (3) b (2)] определяется как лучшая комбинация.Направление намагничивания тангенциальной стали PM составляет 5 мм, ширина радиальной прямоугольной стали PM составляет 4 мм, толщина направления намагничивания радиальной прямоугольной стали PM составляет 4 мм, а радиальная прямоугольная сталь PM имплантируется глубоко. Глубина имплантации стали PM 12 мм.

5. Результат конечно-элементного анализа

Чтобы проверить превосходство оптимизированного генератора PM, начальная конструкция конструкции, рассчитанная методом ЭМС, и оптимизированные параметры конструкции, полученные методом Тагучи, сравниваются и анализируются.В случае одинаковой конструкции статора, режима обмотки, диаметра ротора, листа кремнистой стали и материала PM двух упомянутых выше генераторов PM оба сравниваются и анализируются методом конечных элементов.

На рис. 7 показан сигнал обратной ЭДС без нагрузки для двух циклов до и после оптимизации. Можно видеть, что пиковое значение волны обратной ЭДС без нагрузки до оптимизации имеет очевидную депрессию, а форма волны обратной ЭДС без нагрузки оптимизированного ITQPMG ближе к синусоидальной волне.Показано, что синусоидальная форма волны ЭДС может быть получена оптимизированной конструкцией.


На рисунке 8 показана амплитуда каждой гармоники в обратной ЭДС без нагрузки до и после оптимизации. Можно видеть, что амплитуда основной волны до оптимизации составляет 36,77 В, степень искажения формы волны составляет 45%, амплитуда основной волны после оптимизации составляет 38,63 В, а степень искажения формы волны составляет 33%.

На рис. 9 показан крутящий момент до и после оптимизации генератора.Можно видеть, что оптимизированный крутящий момент зубчатого зацепления уменьшается с 1,12 Н · м до 0,55 Н · м после оптимизации, которая уменьшается примерно на 51%.


На рисунке 10 показан график изменения максимального значения магнитной плотности воздушного зазора в осевом и радиальном направлениях ротора до и после оптимизации. Можно видеть, что пиковое значение магнитной плотности воздушного зазора до оптимизации составляет 0,83 Тл, и оно появилось в положении 12 мм в осевом направлении и 94 мм в радиальном направлении, в то время как оптимизированное пиковое значение магнитной плотности воздушного зазора составляет 1.12 T, он появляется в положении с осевым расстоянием 5 мм и окружным расстоянием 27 мм. По сравнению с оптимизацией максимальное значение магнитной плотности воздушного зазора было улучшено примерно на 35%.

Чтобы проверить преимущества ITQPMG, он сравнивается с эффективностью двух других традиционных генераторов PM, как показано на рисунке 11. С увеличением скорости эффективность ITQPMG выше, чем у двух других традиционных генераторов. Генераторы PM. Максимальная эффективность ITPMG — 86.5%, а максимальная эффективность IRPMG составляет 88,6%, а максимальная эффективность ITQPMG может достигать 91,2%. Это связано с тем, что ITQPMG не только имеет меньшую магнитную утечку, но также имеет значительный эффект агрегирования магнитов.


6. Тест производительности

Фотографии показаны на рисунке 12, а система тестирования генератора и ее основной блок показаны на рисунке 13. Рабочий процесс системы тестирования генератора в основном контролируется IPC для управления скоростью. частотного двигателя, чтобы изменить скорость ITQPMG и электронную нагрузку для тестирования.Микросхема сбора данных и блок обработки сигналов используются для сбора и анализа сигналов напряжения, тока и скорости. Затем тестовые данные возвращаются в электрический блок управления для завершения автоматической регулировки электронной нагрузки, тем самым завершая проверку производительности генератора.


Экспериментальная платформа приводится в движение двигателем с регулируемой частотой 11 кВт в качестве приводного двигателя для работы генератора, и проводятся эксперименты на холостом ходу и под нагрузкой, соответственно.

Когда прототип ITQPMG работает на номинальной скорости 4000 об / мин, форма сигнала обратной ЭДС без нагрузки до и после оптимизации показана на рисунке 14. Можно видеть, что оптимизированная форма сигнала обратной ЭДС без нагрузки чем ближе к синусоиде, тем выше пиковое значение обратной ЭДС холостого хода и снижается степень искажения формы волны. Экспериментальные испытания в основном согласуются с результатами метода анализа конечных элементов.

Наконец, в случае мощности нагрузки 480 Вт, 500 Вт и 520 Вт проводится испытание нагрузочной способности оптимизированного ITQPMG, и экспериментальные результаты показаны в таблице 6.

4 9015 9015

Скорость (об / мин) Мощность нагрузки (Вт) Выходное напряжение (В)

9015
500 26,6
520 26,2

4000 480 28,3
500
520 28,3

4800 480 28,6
500 28,6

Из таблицы 6 следует, что выходное напряжение составляет около 26,2 В ~ 28,6 В для частоты вращения генератора 2000 об / мин ~ 4800 об / мин и мощности нагрузки 480 Вт ~ 520 Вт, что соответствует проектным требованиям.

7. Заключение

Разработан новый тип топологии ротора генератора с ПМ с тангенциальной магнитной цепью и радиальной магнитной цепью, которые обеспечивают общее магнитное поле воздушного зазора. Эта структура имеет меньший магнитный поток, меньший крутящий момент и значительный эффект магнитной агрегации.

Структурные параметры генератора PM предварительно определены аналитическим расчетом метода EMC, и метод Тагучи введен для оптимизации многокритериальной конструкции тангенциальной и радиально-параллельной магнитной цепи генератора PM.Получена оптимальная комбинация ITQPMG. В сочетании с методом конечных элементов результаты оптимизации сравниваются и анализируются. Крутящий момент снижается на 51%, магнитная плотность воздушного зазора увеличивается на 35%, пиковое значение формы сигнала обратной ЭДС без нагрузки снижается на 12%, а форма сигнала становится ближе к синусоиде.

Тест производительности проводится при различных скоростях вращения и мощности нагрузки. Когда частота вращения генератора изменяется от 2000 об / мин до 4800 об / мин, а мощность нагрузки изменяется от 480 до 520 Вт, выходное напряжение сохраняется на уровне 26.2 В ~ 28,6 В, что обеспечивает отличные характеристики регулятора.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

М.С. построил эквивалентную модель магнитной цепи и написал большую часть статьи. X. Z. предложил новый тип моторной конструкции. Q.D проанализировал анализ с помощью моделирования методом конечных элементов генератора.Л.С. оптимизировал параметры магнитного полюса генератора. X.M. отвечал за анализ уравнений и построение некоторых диаграмм.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантами Национального фонда естественных наук Китая (проект № 51875327) и Фонда естественных наук провинции Шаньдун (проекты №№ ZR2018LE010 и ZR2017MF045).

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *