Sinkroni generatori s trajnim magnetom. Sinkroni generatori s trajnim magnetom Sinkroni generatori s trajnim magnetom

Područje djelatnosti (tehnologija) kojoj pripada opisani izum

Znanje razvoja, naime, ovaj izum autora odnosi se na područje elektrotehnike, posebno na sinkrone generatore s pobudom iz permanentnih magneta, a može se koristiti u autonomnim izvorima električne energije na automobilima, brodovima, kao i u autonomno napajanje potrošača izmjeničnom strujom kao standardnom industrijskom frekvencijom, te povećanom frekvencijom i u autonomnim elektranama kao izvorom struja zavarivanja za izvođenje elektrolučnog zavarivanja na terenu.

DETALJAN OPIS IZUMA

Poznati sinkroni generator s uzbudom od trajnih magneta, koji sadrži sklop ležaja statora s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s polnim izbočinama duž periferije, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih sa sidrenim namotom statora, i također montiran na potpornu osovinu s mogućnošću rotacije u spomenutim potpornim ležajevima uzbude (vidi, na primjer, A. I. Voldek, "Električni strojevi", ur. Energiya, Lenjingradski ogranak, 1974., str. 794).

Nedostaci poznatog sinkronog generatora su značajna potrošnja metala i velike dimenzije zbog značajne potrošnje metala i dimenzija masivnog cilindričan rotor izrađen od trajnih uzbudnih magneta od tvrdih magnetskih legura (kao što su Alni, Alnico, Magnico, itd.).

Poznat je i sinkroni generator s pobudom od trajnih magneta, koji sadrži statorski ležajni sklop s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s polnim izbočinama duž periferije, opremljen električnim zavojnicama s armaturnim namotom statora postavljenim na njih, ugrađene s mogućnošću rotacije oko magnetskog kruga prstenastog statora s postavljenim na unutarnjoj bočnoj stijenci prstenastog magnetskog umetka s naizmjeničnim u obodnom smjeru magnetskim polovima, koji pokrivaju izbočine polova električnim zavojnicama armaturnog namota navedenog prstenastog magnetski krug statora (vidi, na primjer, RF patent br. 2141716, klasa N 02 K 21/12 prema prijavi br. 4831043/09 od 3.2.1988.).

Nedostatak poznatog sinkronog generatora s uzbudom iz trajnih magneta su uski radni parametri zbog nedostatka mogućnosti regulacije aktivne snage sinkronog generatora, budući da u konstrukciji ovog sinkronog induktorskog generatora ne postoji mogućnost promjene promjene. vrijednost ukupnog magnetski tok stvoreni odvojenim trajnim magnetima navedenog prstenastog magnetskog umetka.

Najbliži analog (prototip) je sinkroni generator s uzbudom permanentnog magneta, koji sadrži jedinicu nosača statora s potpornim ležajevima, na koji je postavljen prstenasti magnetski krug s izbočinama polova duž periferije, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih s višefaznim statorom armaturni namot, montiran na potpornu osovinu s mogućnošću rotacije u navedenim potpornim ležajevima oko prstenastog magnetskog kruga statora, prstenasti rotor s prstenastim magnetskim umetkom postavljenim na unutarnjoj bočnoj stijenci s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodnom smjeru, koji pokriva izbočine polova s ​​električnim zavojnicama armaturnog namota navedenog prstenastog magnetskog kruga statora (vidi patent RF br. 2069441, klasa N 02 K 21/22 po prijavi br. 4894702/07 od 01.06.1999. ).

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Nedostatak poznatog sinkronog generatora s uzbudom iz trajnih magneta također su uski radni parametri zbog nedostatka mogućnosti upravljanja aktivnom snagom sinkronog induktorskog generatora, kao i zbog nedostatka mogućnosti kontrole vrijednosti izlaznog napona. izmjenične struje, što otežava korištenje iste kao izvora struje zavarivanja kod elektrolučnog zavarivanja (u konstrukciji poznatog sinkronog generatora ne postoji mogućnost promjene promjene vrijednosti ukupnog magnetskog toka pojedinih permanentnih magneta, koji između sebe tvore prstenasti magnetski umetak).

Cilj ovog izuma je proširiti radne parametre sinkronog generatora pružanjem mogućnosti regulacije njegove aktivne snage i mogućnosti regulacije izmjeničnog napona, kao i pružanjem mogućnosti korištenja kao izvora struje zavarivanja kada izvođenje elektrolučnog zavarivanja u različitim načinima.

Taj se cilj postiže činjenicom da je sinkroni generator s uzbudom permanentnog magneta, koji sadrži statorsku ležajnu jedinicu s potpornim ležajevima, na koji je postavljen prstenasti magnetski krug s polnim izbočinama duž periferije, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih s višefaznim namot armature statora, postavljen na potpornu osovinu s mogućnošću rotacije u navedenim potpornim ležajevima oko prstenastog magnetskog kruga statora prstenasti rotor s prstenastim magnetskim umetkom postavljenim na unutarnjoj bočnoj stijenci s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodnom smjeru, koji pokriva polne izbočine s električnim zavojnicama armaturnog namota navedenog prstenastog magnetskog kruga statora, u njemu je ležajna jedinica stator izrađen od skupine identičnih modula s naznačenim prstenastim magnetskim krugom i prstenastim rotorom , postavljene na jednu potpornu osovinu s mogućnošću okretanja jedna u odnosu na drugu oko osi koja je koaksijalna s potpornom osovinom, i Abžene su s njima kinematički povezane pogonom njihove kutne rotacije jedna u odnosu na drugu, a istoimene faze namota armature u modulima sklopa ležaja statora međusobno su povezane, tvoreći zajedničke faze namota armature statora.

Dodatna razlika predloženog sinkronog generatora s pobudom iz trajnih magneta je u tome što su istoimeni magnetski polovi prstenastih magnetskih obloga prstenastih rotora u susjednim modulima ležajne jedinice statora međusobno kongruentno smješteni u istim radijalnim ravninama. , a krajevi faza namota armature u jednom modulu ležajne jedinice statora spojeni su s počecima istoimenih faza namota armature u drugom susjednom modulu sklopa ležaja statora, koji se međusobno spajaju. zajedničke faze namota armature statora.

Osim toga, svaki od modula ležajne jedinice statora uključuje prstenastu čahuru s vanjskom potisnom prirubnicom i čašicu sa središnjom rupom na kraju, a prstenasti rotor u svakom od modula sklopa ležaja statora uključuje prstenastu školjku s unutarnjom potisnom prirubnicom, u koju je ugrađen spomenuti odgovarajući prstenasti magnetski umetak, pri čemu su navedene prstenaste čahure modula sklopa statorskih ležajeva spojene sa svojom unutarnjom cilindričnom bočnom stijenkom s jednim od navedenih potpornih ležajeva, od kojih su drugi spojeni s stijenke središnjih rupa na krajevima navedenih čaša, prstenaste školjke prstenastog rotora su čvrsto povezane s potpornom osovinom pomoću sklopova za pričvršćivanje, a prstenasti magnetski krug u odgovarajućem modulu sklopa ležaja statora je montiran na navedeni prstenasti rukavac, čvrsto pričvršćen svojom vanjskom potisnom prirubnicom na bočnu cilindričnu stijenku stakla i tvori zajedno s potonjom prstenastu šupljinu u kojoj se nalazi uređaj odgovarajući prstenasti magnetski krug s električnim zavojnicama odgovarajućeg namota armature statora. Dodatna razlika predloženog sinkronog generatora s uzbudom iz trajnih magneta je u tome što svaki od sklopova za pričvršćivanje koji povezuje prstenastu školjku prstenastog rotora s potpornom osovinom uključuje glavčinu postavljenu na potpornu osovinu s prirubnicom koja je čvrsto pričvršćena na unutarnju potisnu prirubnicu odgovarajuće prstenaste ljuske.

Dodatna razlika predloženog sinkronog generatora s uzbudom iz trajnih magneta je u tome što je pogon za kutnu rotaciju modula jedinice nosača statora jedan u odnosu na drugi montiran pomoću potporne jedinice na modulima jedinice nosača statora.

Osim toga, pogon za kutno okretanje modula jedinice nosača statora jedan u odnosu na drugi izrađen je u obliku vijčanog mehanizma s vodećim vijkom i maticom, a potporna jedinica za pogon kutnog preokreta sekcija jedinice nosača statora uključuje potpornu ušicu pričvršćenu na jedno od navedenih stakla i potpornu šipku na drugo staklo, dok je vodeći vijak zakretno povezan šarkom od dva stupnja na jednom kraju pomoću osi paralelne s osi navedenog potpornog vratila, s navedenom potpornom šipkom izrađenom s utorom za vođenje smještenom duž luka kružnice, a matica vijčanog mehanizma je jednim krajem zakretno spojena s navedenom ušicom, na drugom kraju izrađenom s drška prolazi kroz utor za vođenje u potpornoj šipki i opremljena je elementom za zaključavanje.

Suština izuma ilustrirana je crtežima.

Slika 1 prikazuje opći prikaz predloženog sinkronog generatora s pobudom iz permanentnih magneta u uzdužnom presjeku;

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Slika 2 - Sinkroni generator s pobudom iz permanentnih magneta, tip A;

Slika 3 prikazuje shematski dijagram magnetskog uzbudnog kruga sinkronog generatora u izvedbi s trofaznim električnim krugovima namota armature statora u početnom početnom položaju (bez kutnog pomaka odgovarajućih istoimenih faza u modulima sklop ležaja statora) za broj parova polova statora p = 8;

Na Sl.4 - isto, s fazama trofaznih električnih krugova namota armature statora, raspoređenih jedna u odnosu na drugu u kutnom položaju pod kutom jednakim 360 / 2p stupnjeva;

Slika 5 prikazuje varijantu strujni krug spojevi armaturnih namota statora sinkronog generatora sa zvjezdastim spojem faza generatora i serijskim spojem istoimenih faza u zajedničkim fazama koje oni formiraju;

Slika 6 prikazuje drugu verziju električnog dijagrama spojeva namota armature statora sinkronog generatora s trokutastim spojem faza generatora i serijskim spojem istih faza u zajedničkim fazama koje oni formiraju;

shematski vektorski dijagram promjene veličine faznih napona sinkronog generatora s kutnim zaokretom odgovarajućih faza istog imena namota armature statora (odnosno modula ležajne jedinice statora) za odgovarajući kut i kada su te faze spojene prema "zvijezdi"

Slika 7 prikazuje shematski vektorski dijagram promjene veličine faznih napona sinkronog generatora tijekom kutne rotacije odgovarajućih istoimenih faza namota armature statora (odnosno modula ležajne jedinice statora) odgovarajućim kutom i kada su te faze spojene prema shemi "zvijezda";

isto, pri spajanju faza namota armature statora prema "trokutu"

Na sl.8 - isto, pri povezivanju faza namota armature statora prema shemi "trokuta";

dijagram s grafom ovisnosti izlaznog mrežnog napona sinkronog generatora o geometrijskom kutu rotacije istih faza namota armature statora s odgovarajućim električnim kutom rotacije vektora napona u fazi za spajanje faza prema na shemu "zvijezda".

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Slika 9 prikazuje dijagram s grafom ovisnosti izlaznog mrežnog napona sinkronog generatora o geometrijskom kutu rotacije istih faza armaturnih namota statora s odgovarajućim električnim kutom rotacije vektora napona u faza za spajanje faza prema shemi "zvijezda";

dijagram s grafom ovisnosti izlaznog mrežnog napona sinkronog generatora o geometrijskom kutu rotacije istih faza namota armature statora s odgovarajućim električnim kutom rotacije vektora napona u fazi za spajanje faza prema na shemu "trokut".

Slika 10 prikazuje dijagram koji prikazuje ovisnost izlaznog mrežnog napona sinkronog generatora o geometrijskom kutu rotacije istih faza armaturnih namota statora s odgovarajućim električnim kutom rotacije vektora napona u fazi za spajanje. faze prema shemi "trokut".

Sinkroni generator s uzbudom iz trajnih magneta sadrži statorsku ležajnu jedinicu s potpornim ležajevima 1, 2, 3, 4, na koju je postavljena skupina identičnih prstenastih magnetskih krugova 5 (na primjer, u obliku monolitnih diskova izrađenih od kompozitnog praha meki magnetski materijal) s izbočenjima polova duž periferije, opremljeni postavljenim električnim zavojnicama 6 s višefaznim (na primjer, trofaznim i općenito m-faznim) namotajima 7, 8 statora, postavljenim na potpornu osovinu 9 s mogućnošću rotacije u navedenim potpornim ležajevima 1, 2, 3, 4 oko statora ležajne jedinice, grupa identičnih prstenastih rotora 10, s prstenastim magnetskim oblogama 11 montiranim na unutarnjim bočnim stijenkama (npr. u obliku monolitni magnetski prstenovi izrađeni od praškastog magnetoanizotropnog materijala) s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodnom smjeru (u ovoj verziji generatora, broj parova p magnetskih polova je jednak 8), koji pokrivaju pol izbočine s električnim zavojnicama 6 armaturnih namota 7, 8 navedenih prstenastih magnetskih krugova 5 statora. Sklop ležaja statora izrađen je od skupine identičnih modula, od kojih svaki uključuje prstenastu čahuru 12 s vanjskom potisnom prirubnicom 13 i staklo 14 sa središnjom rupom "a" na kraju 15 i s bočnom cilindričnom stijenkom 16. Svaki od prstenastih rotora 10 uključuje prstenastu školjku 17 c unutarnju potisnu prirubnicu 18. Prstenaste čahure 12 modula ležajne jedinice statora su spojene sa svojom unutarnjom cilindričnom bočnom stijenkom s jednim od gore spomenutih potpornih ležajeva (s potpornim ležajevima 1, 3), od kojih su drugi (2, 4) spojeni sa zidovima središnjih rupa "a" na krajevima 15 navedenih stakla 14. Prstenaste školjke 17 prstenastih rotora 10 čvrsto su povezane s potpornom osovinom 9 pomoću sklopova za pričvršćivanje, a svaki od prstenastih magnetskih krugova 5 u odgovarajućem modulu statorske ležajne jedinice montiran je na navedenu prstenastu čahuru 12 čvrsto pričvršćenu svojom vanjskom potisnom prirubnicom 13 s bočnom cilindričnom stijenkom 16 stakla 14 i tvoreći se zajedno s zadnji jednu prstenastu šupljinu "b", u kojoj se nalazi navedeni odgovarajući prstenasti magnetski krug 5 s električnim zavojnicama 6 odgovarajućeg armaturnog namota (namota armature 7, 8) statora. Moduli ležajnog sklopa statora (prstenaste čahure 12 s čašicama 14 koje tvore ove module) ugrađeni su s mogućnošću njihove rotacije jedan u odnosu na drugi oko osi koaksijalne s potpornom osovinom 9, a opremljeni su kinematički povezanim pogonom. za njihovu kutnu rotaciju jedna u odnosu na drugu, montirana pomoću potpornog sklopa na modulima nosača statora. Svaki od sklopova za pričvršćivanje koji povezuje prstenastu školjku 17 odgovarajućeg prstenastog rotora 10 s potpornom osovinom 9 uključuje glavčinu 19 postavljenu na potpornu osovinu 9 s prirubnicom 20 koja je čvrsto pričvršćena na unutarnju potisnu prirubnicu 18 odgovarajuće prstenaste školjke 17. Pogon za kutno preokret modula statorske ležajne jedinice razlikuje se u odnosu na drugi u prikazanoj konkretnoj izvedbi izrađen je u obliku vijčanog mehanizma s vodećim vijkom 21 i maticom 22, te potpornom jedinicom pogona. za kutno preokretanje dijelova ležajne jedinice statora uključuje potpornu ušicu 23 pričvršćenu na jedno od navedenih stakla 14 i potpornu šipku 24 na drugo staklo 14. Vodeći vijak 21 je zakretno povezan šarkom od dva stupnja ( šarka s dva stupnja slobode) na jednom kraju "unutar" pomoću osi 25 paralelne s osi O-O1 navedenog potpornog vratila 9, sa specificiranom potpornom šipkom 24, izrađenom s prorezom za vođenje "d" koji se nalazi duž luk kruga", a matica 22 vijčanog mehanizma je zakretno povezana jednim kraj sa spomenutom potpornom ušicom 23, na drugom je kraju izrađen s drškom 26 koji je provučen kroz utor za vođenje "d" u potpornoj šipki 24, i opremljen je elementom za zaključavanje 27 (bračna matica). Na kraju matice 22, zakretno spojenog na potpornu ušicu 23, ugrađen je dodatni zaporni element 28 (dodatna matica za zaključavanje). Potporno vratilo 9 opremljeno je ventilatorima 29 i 30 za hlađenje namota armature 7, 8 statora, od kojih se jedan (29) nalazi na jednom od krajeva potporne osovine 9, a drugi (30) između sekcija ležajne jedinice statora i montira se na potpornu osovinu 9. Prstenaste čahure 12 sekcije ležajnog sklopa statora izrađene su s ventilacijskim otvorima "d" na vanjskim potisnim prirubnicama 13 za prolaz strujanja zraka u odgovarajući prstenasti šupljine "b" koje čine prstenaste čahure 12 i stakla 14, a za hlađenje pri tome sidreni namoti 7 i 8 smješteni u električnim zavojnicama 6 na polnim projekcijama prstenastih magnetskih krugova 5. Na kraju potpornog vratila 9, na kojoj se nalazi ventilator 29, postavljena je remenica 31 Prijenos klinastim remenom za pokretanje prstenastih rotora 10 sinkronog generatora u rotaciju. Ventilator 29 je pričvršćen izravno na remenicu 31 prijenosa s klinastim remenom. Na drugom kraju vodećeg vijka 21 vijčanog mehanizma ugrađena je ručka 32 za ručno upravljanje vijčanim mehanizmom pogona za kutnu rotaciju modula jedinice nosača statora jedan u odnosu na drugi. Faze istog naziva (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) namota armature u kružnim magnetskim krugovima 5 modula statorske ležajne jedinice međusobno su povezani, tvoreći zajedničke faze generatora (spoj faza isto ime u opći pogled i serijski i paralelni, kao i složeni). Istoimeni magnetski polovi ("sjever" i, prema tome, "jug") prstenastih magnetskih obloga 11 prstenastih rotora 10 u susjednim modulima sklopa ležaja statora nalaze se međusobno kongruentno u istim radijalnim ravninama . U prikazanoj izvedbi, krajevi faza (A1, B1, C1) namota armature (namota 7) u kružnom magnetskom krugu 5 jednog modula statorskog ležajnog sklopa spojeni su na početke faza istog naziv (A2, B2, C2) namota armature (namota 8) u susjednom drugom modulu ležajnog sklopa statora, tvoreći u međusobnoj serijskoj vezi zajedničke faze namota armature statora.

Sinkroni generator s uzbudom na trajni magnet radi na sljedeći način.

Od pogona (na primjer, od motora s unutarnjim izgaranjem, uglavnom dizel motora, koji nije prikazan na crtežu) kroz remenicu klinastog remena 31, rotacijsko kretanje se prenosi na potpornu osovinu 9 s prstenastim rotorima 10. Kada prstenasti rotori 10 (prstenaste školjke 17) s prstenastim magnetskim oblogama 11 rotiraju (na primjer, monolitni magnetski prstenovi izrađeni od praškastog magnetoanizotropnog materijala) stvaraju rotirajuće magnetske tokove koji prodiru kroz zračni prstenasti jaz između prstenastih magnetskih obloga 11 i prstenastih magnetskih jezgri 5 ( na primjer, monolitni diskovi izrađeni od praha kompozitnog magnetsko mekog materijala) modula statorske ležajne jedinice, kao i probijanje u radijalne polne izbočine (koje uobičajeno nisu prikazane na crtežu) prstenastih magnetskih krugova 5. Kada se prstenasti rotori 10 rotiraju, naizmjenični prolaz "sjevernih" i "južnih" izmjeničnih magnetskih polova prstenastih magnetskih obloga 11 preko radijalnih polova izbočina prstenastog magnetske jezgre 5 modula ležajnog sklopa statora, uzrokujući pulsiranje rotacijskog magnetskog toka i po veličini iu smjeru u projekcijama radijalnih polova navedenih prstenastih magnetskih jezgri 5. U ovom slučaju promjenjive elektromotorne sile (EMF) s međusobnim faznim pomakom induciraju se u namotima armature 7 i 8 statora u svakom od m-faznih namota armature 7 i 8 pod kutom jednakim 360 / m električnih stupnjeva, a za prikazane trofazne armaturne namote 7 i 8 u njihovim fazama (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) sinusoidna promjenjiva elektromotorna sila (EMF) s međusobnim pomakom faze pod kutom od 120 stupnjeva i frekvencijom jednakom umnošku broja parova (p) magnetskih polova u prstenastom magnetskom umetku 11 brzinom vrtnje prstenastih rotora 10 (za broj parova magnetskih polova p = 8, promjenjivi EMF inducira se pretežno povećane frekvencije, na primjer, s frekvencijom od 400 Hz). Izmjenična struja (na primjer, trofazna ili, u općem slučaju, m-fazna), koja teče kroz zajednički namot armature statora formiran gore navedenim spojem istih faza (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) armaturnih namota 7 i 8 u susjednim prstenastim magnetskim krugovima 5, koji se napajaju na priključke izlazne električne energije (nisu prikazani na crtežu) za spajanje prijemnika električna energija izmjenična struja (na primjer, za spajanje elektromotora, električnih alata, električnih pumpi, uređaji za grijanje , kao i za spajanje opreme za električno zavarivanje i sl.). U predstavljenoj izvedbi sinkronog generatora, izlazni fazni napon (Uph) u namotu armature zajedničkog statora (formiran odgovarajućim gore navedenim spajanjem istih faza namota armature 7 i 8 u prstenastim magnetskim krugovima 5) u početni početni položaj modula jedinice nosača statora (bez kutnog pomaka jedan prema drugom) jedan u odnosu na drugi ovih modula ležajne jedinice statora i, sukladno tome, bez kutnog pomaka jedan u odnosu na drugi prstenastih magnetskih krugova 5 s izbočine polova duž periferije) jednak je zbroju modula pojedinačnih faznih napona (Uph1 i Uph2) u namotajima armature 7 i 8 prstenastih magnetskih krugova modula potpornog sklopa statora (u općem slučaju, ukupni izlazni fazni napon Uf generatora jednak je geometrijskom zbroju vektora napona u pojedinačnim istoimenim fazama A1, B1, C1 i A2, B2, C2 namota armature 7 i 8, vidi slike 7 i 8 s dijagramima napona). Ako je potrebno promijeniti (smanjiti) vrijednost izlaznog faznog napona Uf (i, sukladno tome, izlaznog mrežnog napona U l) predstavljenog sinkronog generatora za napajanje određenih prijemnika električne energije smanjenim naponom (npr. za električne elektrolučno zavarivanje izmjeničnom strujom u određenim načinima rada), kutni preokret pojedinih modula nosive jedinice vrši se statorom jedan u odnosu na drugi pod određenim kutom (podešenim ili kalibriranim). U tom slučaju se zaključava element 27 matice 22 vijčanog mehanizma pogona za kutno okretanje modula statorskog ležajnog sklopa otključava i pomoću ručke 32 se vodeći vijak 21 vijčanog mehanizma zabija u rotacije, kao rezultat toga, kutno pomicanje matice 22 duž luka kružnice u utoru "g" potporne šipke 24 i preokret pod zadanim kutom jednog od modula ležajne jedinice statora u odnosu na na drugi modul ove ležajne jedinice statora oko osi O-O1 potpornog vratila 9 (u prikazanoj izvedbi sinkronog induktorskog generatora rotira se modul ležajne jedinice statora na koji je montiran potporni umetak 23, dok je drugi modul statorske ležajne jedinice s potpornom šipkom 24 koja ima utor "g" u nepomičnom položaju, odnosno pričvršćen na podlogu, što nije uobičajeno prikazano na prikazanom crtežu). Kada se moduli jedinice nosača statora (prstenaste čahure 12 sa staklima 14) zakreću pod kutom oko osi O-O1 potpornog vratila 9, prstenasti magnetski krugovi 5 s izbočenjima polova oko periferije također se zakreću pod unaprijed određenim kutom, kao zbog čega se također vrši preokret pod zadanim kutom jedan u odnosu na drugu oko osi O-O1 potpornog vratila 9 samih izbočina stupova (konvencionalno nisu prikazane na crtežu) s višefaznim električnim zavojnicama 6 (u ovom slučaju trofazni) namoti armature statora 7 i 8 u kružnim magnetskim krugovima. Kada se izbočine polova kružnih magnetskih krugova 5 zarotiraju jedna u odnosu na drugu pod određenim kutom unutar 360 / 2p stupnjeva, dolazi do proporcionalne rotacije vektora faznog napona u namotu armature mobilnog modula ležajne jedinice statora (u u ovom slučaju dolazi do rotacije vektora faznog napona Uph2 u namotu armature 7 modula ležajne jedinice.statora, koji ima mogućnost kutne rotacije) pod dobro definiranim kutom unutar 0-180 električnih stupnjeva (vidi slike 7 i 8), što dovodi do promjene rezultirajućeg izlaznog faznog napona Uph sinkronog generatora ovisno o električnom kutu rotacije vektora faznog napona Uph2 u fazama A2, B2, C2 jednog namota armature statora 7 u odnosu na fazni napon vektori Uf1 u fazama A1, B1, C1 drugog namota armature statora 8 (ova ovisnost ima proračunsku prirodu, izračunata rješenjem kosih trokuta i određena je sljedećim izrazom:

Raspon regulacije izlaznog rezultirajućeg faznog napona Uph prikazanog sinkronog generatora za slučaj kada je Uph1 = Uph2 varirat će od 2Uph1 do 0, a za slučaj kada je Uph2

Izvedba jedinice nosača statora iz grupe identičnih modula sa naznačenim prstenastim magnetskim krugom 5 i prstenastim rotorom 10, postavljenih na jedno potporno vratilo 9, kao i ugradnja modula jedinice nosača statora s mogućnošću okretanja u odnosu na jedan drugog oko osi koaksijalne s potpornom osovinom 9, opskrba modula statorske ležajne jedinice kinematički povezanim pogonom njihove kutne rotacije jedan u odnosu na drugi i povezivanje istih faza armaturnih namota 7 i 8 u modulima ležajne jedinice statora s formiranjem zajedničkih faza aktivne snage statora, kao i osiguravanjem mogućnosti regulacije izlaznog napona izmjenične struje, kao i osiguravanjem mogućnosti korištenja kao izvora struje zavarivanja pri izvođenju elektrolučno zavarivanje u različitim režimima (pružanjem mogućnosti podešavanja vrijednosti napon faznog pomaka u istim fazama A1, B1, C1 i A2, B2, C2, au općem slučaju u fazama Ai, Bi, Ci namota armature statora u predloženom sinkronom generatoru). Predloženi sinkroni generator s uzbudom iz trajnih magneta može se koristiti uz odgovarajuće prebacivanje namota armature statora za opskrbu električnom energijom širokog spektra prijamnika izmjenične višefazne električne struje s različitim parametrima napona napajanja. Osim toga, dodatni raspored istoimenih magnetskih polova ("sjever" i, prema tome, "jug") prstenastih magnetskih obloga 11 u susjednim prstenastim rotorima 10 također je kongruentan jedan drugome u istim radijalnim ravninama, kao spoj krajeva faza A1, B1, C1 armaturnog namota 7 u prstenastom magnetskom krugu 5 jednog modula statorske ležajne jedinice s početkom istih faza A2, B2, C2 armaturnog namota 8 u susjednom modulu ležajne jedinice statora (serijski spoj istih faza namota armature statora među sobom) omogućuju glatku i učinkovitu regulaciju izlaznog napona sinkronog generatora od maksimalne vrijednosti (2U f1 , a u općem slučaju za broj n presjeka ležajne jedinice statora nU f1) do 0, koji se može koristiti i za opskrbu električnom energijom posebnih električnih strojeva i instalacija.

Zahtjev

1. Sinkroni generator s uzbudom iz permanentnih magneta, koji sadrži statorsku ležajnu jedinicu s potpornim ležajevima, na koji je montiran prstenasti magnetski krug s izbočenjima polova duž periferije, opremljen električnim zavojnicama postavljenim na njih s višefaznim armaturnim namotom statora , postavljen na potpornu osovinu s mogućnošću rotacije u spomenutim nosivim ležajevima oko magnetskog kruga prstenastog statora, prstenasti rotor s prstenastom magnetskom oblogom postavljenom na unutarnjoj bočnoj stijenci s magnetskim polovima p-parova koji se izmjenjuju u obodnom smjeru, koji pokrivaju izbočine polova s ​​električnim zavojnicama armaturnog namota navedenog magnetskog kruga prstenastog statora, naznačeno time da je sklop ležaja statora izrađen od skupine identičnih modula s naznačenim prstenastim magnetskim krugom i prstenastim rotorom postavljenim na istu potpornu osovinu, dok su moduli statorske ležajne jedinice ugrađeni s mogućnošću njihove rotacije jedan u odnosu na drugi oko osi i, koaksijalni s potpornom osovinom, i opremljeni kinematički povezanim pogonom za njihovu kutnu rotaciju jedna u odnosu na drugu, a slične faze namota armature u modulima sklopa ležaja statora međusobno su povezane, tvoreći zajedničke faze armature statora navijanje.

2. Sinkroni generator s pobudom iz trajnih magneta prema zahtjevu 1, naznačen time, što su istoimeni magnetski polovi prstenastih magnetskih obloga prstenastih rotora u susjednim modulima sklopa ležaja statora međusobno kongruentno smješteni u iste radijalne ravnine, a krajevi faza namota armature u jednom modulu nosivih statorskih jedinica spojeni su na početak istih faza namota armature u drugom, susjednom modulu statorske ležajne jedinice, nastaju u vezi s jedna drugoj zajedničke faze namota armature statora.

3. Sinkroni generator s uzbudom iz trajnih magneta prema zahtjevu 1, naznačen time, da svaki od modula jedinice nosača statora uključuje prstenastu čahuru s vanjskom potisnom prirubnicom i staklo sa središnjom rupom na kraju, i prstenasti rotor u svakom od modula jedinice nosača statora uključuje prstenastu školjku s unutarnjom potisnom prirubnicom, u koju je ugrađen navedeni odgovarajući prstenasti magnetni umetak, dok su navedene prstenaste čahure modula jedinice nosača statora spojene sa svojim unutarnjim cilindrična bočna stijenka s jednim od navedenih potpornih ležajeva, od kojih su drugi spojeni sa stijenkama središnjih rupa na krajevima navedenih odgovarajućih stakala, prstenaste školjke prstenastog rotora čvrsto su spojene s potpornom osovinom pomoću pričvršćivanja sklopove, a prstenasti magnetski krug u odgovarajućem modulu ležajne jedinice statora montiran je na navedenu prstenastu čahuru čvrsto pričvršćenu svojom vanjskom potisnom prirubnicom na bočnu cilindričnu stijenku hrpe ana i tvoreći zajedno s potonjom prstenastu šupljinu u kojoj se nalazi navedeni odgovarajući prstenasti magnetski krug s električnim zavojnicama odgovarajućeg namota armature statora.

4. Sinkroni generator s uzbudom permanentnog magneta prema bilo kojem od zahtjeva 1 do 3, naznačen time, da svaki od sklopova za pričvršćivanje koji povezuje prstenastu školjku prstenastog rotora s potpornom osovinom uključuje glavčinu postavljenu na potpornu osovinu s prirubnicom. čvrsto pričvršćen na unutarnju potisnu prirubnicu odgovarajuće prstenaste ljuske.

5. Sinkroni generator s uzbudom na trajni magnet prema zahtjevu 4, naznačen time, da je pogon za kutnu rotaciju modula jedinice nosača statora jedan u odnosu na drugi montiran pomoću potporne jedinice na modulima jedinice nosača statora. .

6. Sinkroni generator s uzbudom iz trajnih magneta prema zahtjevu 5, naznačen time, da je pogon za kutnu rotaciju modula jedinice nosača statora jedan u odnosu na drugi izveden u obliku vijčanog mehanizma s vodećim vijkom i maticu, a potporna jedinica za pogon kutne rotacije modula jedinice nosača statora uključuje pričvršćenu na jednoj od navedenih čaša potpornu ušicu, a na drugom staklu potpornu šipku, dok je vodeći vijak zakretno povezan pomoću dvostupanjska šarka na jednom kraju pomoću osi paralelne s osi spomenute potporne osovine, s navedenom potpornom šipkom izrađenom s prorezom za vođenje smještenom duž luka kružnice, a matica vijčanog mehanizma je zakretno spojena na jednom kraju sa spomenutom ušicom, na drugom je kraju s drškom koja je provučena kroz utor za vođenje u potpornoj šipki i opremljena je elementom za zaključavanje.

Veliko hvala na doprinosu razvoju domaće znanosti i tehnologije!

Sinkroni strojevi s trajnim magnetima (magnetoelektrični) nemaju uzbudni namot na rotoru, a njihov uzbudljiv magnetski tok stvaraju trajni magneti smješteni na rotoru. Stator ovih strojeva je konvencionalnog dizajna s dvofaznim ili trofaznim namotima.

Ovi strojevi se najčešće koriste kao motori male snage. Sinkroni generatori s trajnim magnetima koriste se rjeđe, uglavnom kao samostalni generatori povećane frekvencije, male i srednje snage.

Sinkroni magnetoelektrični motori. Ovi motori se široko koriste u dva dizajna: s radijalnim i aksijalnim rasporedom trajnih magneta.

Na radijalni raspored trajnih magneta, na vanjsku površinu izraženih polova trajnog magneta pričvršćen je rotorski paket s startnim kavezom, izrađen u obliku šupljeg cilindra. 3. U cilindru su napravljeni međupolni prorezi kako bi se spriječilo zatvaranje protoka stalnog magneta u ovom cilindru (slika 23.1,).

Na aksijalni raspored magnetima, dizajn rotora je sličan onom rotora asinkronog kaveznog motora. Prstenasti trajni magneti su pritisnuti na krajeve ovog rotora (Sl.23.1, ).

Dizajni s aksijalnim rasporedom magneta koriste se u motorima malog promjera snage do 100 W; dizajni s radijalnim rasporedom magneta koriste se u motorima većeg promjera snage do 500 W ili više.

Fizički procesi koji se događaju tijekom asinkronog pokretanja ovih motora imaju neku posebnost zbog činjenice da se magnetoelektrični motori pokreću u pobuđenom stanju. Polje trajnog magneta u procesu ubrzanja rotora inducira EMF u namotu statora
, čija frekvencija raste proporcionalno brzini rotora. Ovaj EMF inducira struju u namotu statora koja je u interakciji s poljem trajnih magneta i stvara kočnica trenutak
, usmjerena protiv rotacije rotora.

Riža. 23.1. Magnetoelektrični sinkroni motori s radijalnim (a) i

aksijalni (b) raspored trajnih magneta:

1 - stator, 2 - kavezni rotor, 3 - trajni magnet

Dakle, pri ubrzavanju motora trajnim magnetima na njegov rotor djeluju dva asinkrona momenta (Sl.23.2): rotirajući
(od trenutnog , ulazak u statorski namot iz mreže) i kočnice
(od trenutnog induciran u namotu statora stalnim magnetskim poljem).

Međutim, ovisnost ovih momenata o brzini (klizanja) rotora je drugačija: maksimalni zakretni moment
odgovara visokoj frekvenciji (nisko proklizavanje) i maksimalnom momentu kočenja M T - mala brzina (veliko proklizavanje). Rotor se ubrzava pod utjecajem rezultirajućeg momenta
, koji ima značajan "pad" u području malih brzina. Krivulje prikazane na slici pokazuju da utjecaj momenta
na svojstva pokretanja motora, posebno u trenutku ulaska u sinkronizam M u, puno.

Kako bi se osiguralo pouzdano pokretanje motora, potrebno je minimalni rezultirajući moment u asinkronom načinu rada
i trenutak ulaska u sinkronicitet M u , bili veći od momenta opterećenja. Oblik krivulje asinkronog momenta magnetoelektrika

Slika 23.2. Asinkroni grafovi momenata

magnetoelektrični sinkroni motor

motor uvelike ovisi o aktivnom otporu startne ćelije i o stupnju uzbude motora, karakteriziranom vrijednošću
, gdje E 0 - EMF faze statora induciran u stanju mirovanja kada se rotor rotira sinkronom frekvencijom. Uz povećanje "Uronite" u krivulju zakretnog momenta
povećava.

Elektromagnetski procesi u magnetoelektričnim sinkronim motorima u principu su slični procesima u sinkronim motorima s elektromagnetskom pobudom. Međutim, mora se imati na umu da su trajni magneti u magnetoelektričnim strojevima podložni demagnetizaciji magnetskim tokom reakcije armature. Početni namot donekle slabi ovu demagnetizaciju, budući da ima zaštitni učinak na trajne magnete.

Pozitivna svojstva magnetoelektričnih sinkronih motora su povećana stabilnost rada u sinkronom načinu rada i ujednačenost frekvencije vrtnje, kao i sposobnost sinkrone rotacije više motora uključenih u istu mrežu. Ovi motori imaju relativno visoke energetske performanse (učinkovitost i
,).

Nedostaci magnetoelektričnih sinkronih motora su povećana cijena u odnosu na sinkrone motore drugih tipova, zbog visoke cijene i složenosti obrade trajnih magneta izrađenih od legura s velikom koercitivnom silom (alni, alnico, magnico i dr.). Ovi se motori obično proizvode s malom snagom i koriste se u instrumentima i uređajima za automatizaciju za pogon mehanizama koji zahtijevaju konstantnu brzinu rotacije.

Sinkroni magnetoelektric generatori... Rotor takvog generatora izvodi se pri maloj snazi ​​u obliku "zvjezdice" (slika 23.3, a), srednje snage - s polovima u obliku kandže i cilindričnim permanentnim magnetom (Sl.23.3, b). Rotor s kandžastim stupom omogućuje dobivanje generatora s polnom disperzijom, ograničavajući udarnu struju u slučaju iznenadnog kratkog spoja generatora. Ova struja predstavlja veliku opasnost za permanentni magnet zbog snažnog demagnetizirajućeg učinka.

Osim nedostataka uočenih kada se razmatraju magnetoelektrični sinkroni motori, generatori s trajnim magnetima imaju još jedan nedostatak zbog nepostojanja uzbudnog namota, pa je regulacija napona u magnetoelektričnim generatorima praktički nemoguća. To otežava stabilizaciju napona generatora pri promjeni opterećenja.

Slika 23.3. Rotori magnetoelektričnih sinkronih generatora:

1 - osovina; 2 - trajni magnet; 3 - stup; 4 - nemagnetna čahura

Generator- uređaj koji pretvara jednu vrstu energije u drugu.
U ovom slučaju razmatramo pretvorbu mehaničke energije rotacije u električnu energiju.

Postoje dvije vrste takvih generatora. Sinkroni i asinkroni.

Sinkroni generator. Princip rada

Posebnost sinkronog generatora je tijesna veza između frekvencija f promjenjivi EMF inducirani u namotu statora i brzina rotora n, nazvana sinkrona brzina:

n = f/ str

gdje str- broj parova polova namota statora i rotora.
Obično se brzina rotacije izražava u o/min, a frekvencija EMF-a u hercima (1 / s), a zatim za broj okretaja u minuti formula će imati oblik:

n = 60f/ str

Na sl. 1.1 je funkcionalni dijagram sinkronog generatora. Na statoru 1 nalazi se trofazni namot, koji se bitno ne razlikuje od sličnog namota indukcijskog stroja. Na rotoru se nalazi elektromagnet s uzbudnim namotom 2, koji prima istosmjernu struju, u pravilu, preko kliznih kontakata koji se izvode pomoću dva klizna prstena smještena na rotoru i dvije nepokretne četke.
U nekim slučajevima, umjesto elektromagneta, u dizajnu rotora sinkronog generatora mogu se koristiti trajni magneti, tada nestaje potreba za kontaktima na osovini, ali su mogućnosti stabilizacije izlaznih napona značajno ograničene.

Pogonski motor (PD), koji se koristi kao turbina, motor s unutarnjim izgaranjem ili drugi izvor mehaničke energije, rotor generatora se vrti sinkronom brzinom. U ovom slučaju, magnetsko polje elektromagneta rotora također rotira sinkronom brzinom i inducira promjenjivi EMF u trofaznom namotu statora E A, E Bend E C, koji, budući da su jednaki po vrijednosti i fazno pomaknutim jedni prema drugima za 1/3 perioda (120 °), tvore simetričan trofazni EMF sustav.

Priključenjem opterećenja na stezaljke statorskog namota C1, C2 i C3 pojavljuju se struje u fazama namota statora ja A, ja B, ja C, koji stvaraju rotirajuće magnetsko polje. Frekvencija rotacije ovog polja jednaka je frekvenciji rotacije rotora generatora. Dakle, u sinkronom generatoru magnetsko polje statora i rotor rotiraju se sinkrono. Trenutačna vrijednost EMF namota statora u razmatranom sinkronom generatoru

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Ovdje: B- magnetska indukcija u zračnom rasporu između jezgre statora i polova rotora, T;
l Je li aktivna duljina jedne strane s prorezima namota statora, t.j. duljina jezgre statora, m;
w- broj zavoja;
v = πDn- linearna brzina polova rotora u odnosu na stator, m / s;
D- unutarnji promjer jezgre statora, m

EMF formula pokazuje da pri konstantnoj brzini rotora n oblik grafa varijabilnog EMF-a namota armature (statora) određen je isključivo zakonom raspodjele magnetske indukcije B u razmaku između polova statora i rotora. Ako je graf gustoće magnetskog toka u procjepu sinusoida B = B max sinα, tada će i EMF generatora biti sinusoidan. Sinkroni strojevi uvijek nastoje postići raspodjelu indukcije u zazoru što bliže sinusoidalnoj.

Dakle, ako zračni raspor δ konstanta (slika 1.2), zatim magnetska indukcija B u zračnom rasporu raspoređuje se prema trapezoidnom zakonu (grafikon 1). Ako su rubovi polova rotora "zakošeni" tako da je razmak na rubovima stupova jednak δ max (kao što je prikazano na slici 1.2), tada će se graf raspodjele magnetske indukcije u procjepu približiti sinusoidi (graf 2), i, prema tome, graf EMF inducirane u namotu generatora će se približiti sinusoidi. EMF frekvencija sinkronog generatora f(Hz) proporcionalno sinkronoj brzini rotora n(obr./s)

gdje str Je broj parova polova.
Generator koji se razmatra (vidi sliku 1.1) ima dva pola, t.j. str = 1.
Za dobivanje EMF industrijske frekvencije (50 Hz) u takvom generatoru, rotor se mora okretati frekvencijom n= 50 r/s ( n= 3000 o/min).

Metode uzbude za sinkrone generatore

Najčešći način stvaranja glavnog magnetskog toka sinkronih generatora je elektromagnetska pobuda, koja se sastoji u činjenici da se uzbudni namot postavlja na polove rotora, kada kroz njega prolazi istosmjerna struja, nastaje MDS, koji stvara magnetsko polje u generatoru. Donedavno su se za napajanje uzbudnog namota uglavnom koristili posebni neovisni uzbudni istosmjerni generatori, nazvani uzbudnici. V(slika 1.3, a). Uzbudni namot ( OV) prima energiju od drugog generatora (paralelna pobuda), koji se naziva uzbudnik ( PV). Rotor sinkronog generatora, uzbudnik i uzbudnik smješteni su na zajedničkoj osovini i rotiraju se istovremeno. U tom slučaju struja ulazi u uzbudni namot sinkronog generatora kroz klizne prstenove i četke. Za regulaciju struje uzbude koriste se reostati za podešavanje, uključeni u uzbudni krug uzbudnika r 1 i uzbuđivač r 2. U sinkronim generatorima srednje i velike snage proces upravljanja uzbudnom strujom je automatiziran.

Kod sinkronih generatora korišten je i beskontaktni elektromagnetski sustav uzbude u kojem sinkroni generator nema klizne prstenove na rotoru. U tom se slučaju kao uzbudnik koristi invertirani sinkroni alternator. V(slika 1.3, b). Trofazni namot 2 uzbudnik, u kojem se inducira promjenjivi EMF, nalazi se na rotoru i rotira zajedno s uzbudnim namotom sinkronog generatora, a njihovo električno povezivanje se provodi preko rotacionog ispravljača 3 izravno, bez kliznih prstenova i četkica. DC napajanje namota polja 1 patogen B se izvodi iz patogena PV- DC generator. Odsutnost kliznih kontakata u krugu uzbude sinkronog generatora omogućuje povećanje njegove operativne pouzdanosti i povećanje učinkovitosti.

U sinkronim generatorima, uključujući hidrogeneratore, postao je raširen princip samopobude (slika 1.4, a), kada se energija izmjenične struje potrebna za uzbudu uzima iz namota statora sinkronog generatora i preko padajućeg transformatora i ispravljački poluvodički pretvarač PP pretvaraju u istosmjernu energiju. Načelo samouzbude temelji se na činjenici da se početna pobuda generatora događa zbog zaostalog magnetizma stroja.

Na sl. 1.4, b prikazuje blok dijagram automatskog samouzbudnog sustava sinkronog generatora ( SG) s ispravljačkim transformatorom ( VT) i tiristorski pretvarač ( TP), kroz koji prolazi izmjenična struja iz strujnog kruga statora SG nakon pretvorbe u istosmjernu struju, napaja se u namotu polja. Tiristorskim pretvaračem upravlja automatski regulator uzbude ARV, čiji ulaz prima naponske signale na ulazu SG(preko naponskog transformatora TN) i struja opterećenja SG(iz strujnog transformatora TT). Krug sadrži zaštitni blok ( BZ), osigurava zaštitu uzbudnog namota ( OV) protiv prenapona i prekomjerne struje.

Snaga uzbude obično je između 0,2 i 5% neto snage (niža vrijednost vrijedi za generatore velike snage).
U generatorima male snage primjenu nalazi princip uzbude trajnim magnetima koji se nalaze na rotoru stroja. Ova metoda uzbude omogućuje oslobađanje generatora od uzbudnog namota. Kao rezultat toga, dizajn generatora je uvelike pojednostavljen, postaje ekonomičniji i pouzdaniji. Međutim, zbog visoke cijene materijala za proizvodnju trajnih magneta s velikom opskrbom magnetskom energijom i složenosti njihove obrade, upotreba uzbude trajnim magnetom ograničena je na strojeve kapaciteta ne više od nekoliko kilovata.

Sinkroni generatoričine okosnicu elektroenergetske industrije, budući da se gotovo sva električna energija u svijetu proizvodi pomoću sinkronih turbo- ili hidrogeneratora.
Također, sinkroni generatori imaju široku primjenu kao dio stacionarnih i mobilnih električnih instalacija ili stanica zajedno s dizelskim i benzinskim motorima.

Asinkroni generator. Razlike od sinkronog

Asinkroni generatori se bitno razlikuju od sinkronih generatora u nedostatku krutog odnosa između brzine rotora i generiranog EMF-a. Razlika između ovih frekvencija karakterizira koeficijent s- klizna.

s = (n - n r) / n

ovdje:
n- frekvencija rotacije magnetskog polja (EMF frekvencija).
n r- brzina rotora.

Za više detalja o izračunu klizanja i frekvencije, pogledajte članak: asinkroni generatori. Frekvencija.

U normalnom načinu rada, elektromagnetsko polje indukcijskog generatora pod opterećenjem vrši kočni moment na rotaciju rotora, stoga je frekvencija promjene magnetskog polja manja, pa će klizanje biti negativno. Generatori koji rade u području pozitivnog klizanja uključuju asinkrone tahogeneratore i frekventne pretvarače.

Asinkroni generatori, ovisno o specifičnim uvjetima uporabe, izrađuju se s kaveznim, faznim ili šupljim rotorom. Izvori za formiranje potrebne energije uzbude rotora mogu biti statički kondenzatori ili ventilski pretvarači s umjetnim prebacivanjem ventila.

Asinkroni generatori se mogu klasificirati prema načinu uzbude, prirodi izlazne frekvencije (promjenjiva, konstantna), metodi stabilizacije napona, radnim površinama klizanja, izvedbi i broju faza.
Posljednje dvije značajke karakteriziraju značajke dizajna generatora.
Priroda izlazne frekvencije i metode stabilizacije napona uvelike su određene načinom generiranja magnetskog toka.
Klasifikacija prema načinu uzbude je glavna.

Možete uzeti u obzir generatore sa samouzbudom i neovisnom pobudom.

Samopobuda u asinkronim generatorima može se organizirati:
a) uz pomoć kondenzatora uključenih u krug statora ili rotora ili istovremeno u primarni i sekundarni krug;
b) pomoću ventilskih pretvarača s prirodnom i umjetnom komutacijom ventila.

Neovisna uzbuda može se izvesti iz vanjskog izvora izmjeničnog napona.

Po prirodi frekvencije, samopobuđeni generatori podijeljeni su u dvije skupine. Prvi od njih uključuje izvore praktički konstantne (ili konstantne) frekvencije, a drugi promjenjive (podesive) frekvencije. Potonji se koriste za napajanje asinkronih motora s glatkom promjenom brzine.

Planira se detaljnije razmotriti princip rada i značajke dizajna asinkronih generatora u zasebnim publikacijama.

Asinkroni generatori ne zahtijevaju složene sklopove u dizajnu za organiziranje uzbude istosmjerne struje ili korištenje skupih materijala s velikom opskrbom magnetskom energijom, stoga ih korisnici mobilnih električnih instalacija naširoko koriste zbog svoje jednostavnosti i lakoće održavanja. Koriste se za napajanje uređaja koji ne zahtijevaju krutu referencu na trenutnu frekvenciju.
Tehnička prednost asinkronih generatora je njihova otpornost na preopterećenja i kratke spojeve.
Neke informacije o mobilnim agregatima možete pronaći na stranici:
Dizel generatori.
Asinkroni generator. Specifikacije .
Asinkroni generator. Stabilizacija.

Komentari i prijedlozi su dobrodošli i dobrodošli!

Sinkroni generatori

uz uzbudu trajnim magnetom

(razvijeno 2012.)

Predloženi generator, prema principu rada, je sinkroni generator s uzbudom iz permanentnih magneta. Magneti sastava NeFeB koji stvaraju magnetsko polje s indukcijom od 1,35 T, koji se nalazi po obodu rotora s izmjeničnim polovima.

U namotima generatora pobuđuje se e. d.s., čija su amplituda i frekvencija određene brzinom vrtnje rotora generatora.

Dizajn generatora ne sadrži kolektor s otvorenim kontaktima. Generator također nema namote polja koji troše dodatnu struju.

Prednosti generatora predloženog dizajna:

1. Ima sve pozitivne osobine sinkronih generatora s uzbudom permanentnog magneta:

1) nedostatak kolektorskih četkica,

2) nedostatak struje uzbude.

2. Većina sličnih trenutno proizvedenih generatora iste snage imaju maseno-dimenzionalne parametre 1,5 - 3 puta više.

3. Nazivna brzina vrtnje osovine generatora - 1600 oko./min... Odgovara brzini vrtnje dizelskih pogona male brzine. Stoga, pri prijenosu pojedinačnih elektrana s benzinskih na dizelske motore pomoću našeg generatora, potrošač će dobiti značajnu uštedu goriva i kao rezultat toga će se smanjiti trošak kilovat-sata.

4. Generator ima mali početni moment (manji od 2 N × m), odnosno za pokretanje, pogonska snaga od samo 200 W, a pokretanje generatora moguće je iz samog dizela pri startu, čak i bez spojke. Slični motori na tržištu imaju razdoblje ubrzanja za stvaranje rezerve snage pri pokretanju generatora, budući da pri pokretanju benzinski motor radi u načinu manjka snage.

5. Uz razinu pouzdanosti od 90%, resurs generatora je 92 tisuće sati (10,5 godina neprekidnog rada). Radni ciklus pogonskog motora između velikih remonta, koji su deklarirali proizvođači (kao i tržišni analozi generatora), iznosi 25-40 tisuća sati. To jest, naš generator u smislu pouzdanosti za vrijeme rada premašuje pouzdanost serijskih motora i generatora za 2-3 puta.

6. Jednostavnost izrade i montaže generatora - montažno područje može biti bravarska radionica s komadnom i malom proizvodnjom.

7. Jednostavna prilagodba generatora na AC izlazni napon:

1) 36 V, frekvencija 50 - 400 Hz

2) 115 V, frekvencija 50 - 400 Hz(aerodromske elektrane);

3) 220 V, frekvencija 50 - 400 Hz;

4) 380 V, frekvencija 50 - 400 Hz.

Osnovni dizajn generatora omogućuje da se proizvedeni proizvod ugodi na različite frekvencije i različite napone bez promjene dizajna.

8. Visoka sigurnost od požara. Predloženi generator ne može postati izvor požara čak ni uz kratki spoj u krugu opterećenja ili u namotima, što je ugrađeno u dizajn sustava. To je vrlo važno pri korištenju generatora za brodsku elektranu u zatvorenom prostoru plovila, zrakoplova, kao i privatne drvene stambene konstrukcije itd.

9. Niska razina buke.

10. Visoka mogućnost održavanja.

Parametri generatora snage 0,5 kw

Parametri generatora snage 2,5 kw

REZULTATI:

Predloženi generator može se proizvesti za korištenje u generatorskim setovima s brzinom osovine od 1500-1600 o/min. - u elektranama na dizel, benzin i paru za individualnu uporabu ili u lokalnim energetskim sustavima. Uparen s multiplikatorom, elektromehanički pretvarač energije također se može koristiti za proizvodnju električne energije u sustavima generatora male brzine, kao što su vjetroelektrane, elektrane na valove, itd. bilo kojeg kapaciteta. To jest, opseg primjene elektro-mehaničkog pretvarača čini predloženi kompleks (multiplikator-generator) univerzalnim. Težina i veličina te drugi električni i tehnički parametri navedeni u tekstu daju predloženom dizajnu jasne konkurentske prednosti na tržištu u odnosu na analogne.

Principi proizvodnje koji su u osnovi dizajna, imaju visoku produktivnost, u osnovi ne zahtijevaju park preciznih alatnih strojeva i usmjereni su na masovnu serijsku proizvodnju. Kao rezultat toga, dizajn će imati niske troškove serijske proizvodnje.

Dmitrij Levkin

Glavna razlika između sinkronog motora s permanentnim magnetom (PMSM) leži u rotoru. Istraživanja su pokazala da PMSM ima oko 2% više od indukcijskog motora visoke učinkovitosti (IE3), pod uvjetom da je stator istog dizajna i da se isti koristi za upravljanje. Istodobno, sinkroni elektromotori s trajnim magnetima, u usporedbi s drugim elektromotorima, imaju bolje pokazatelje: snagu / volumen, moment / inerciju itd.

Dizajn i tipovi sinkronih motora s trajnim magnetom

Sinkroni motor s permanentnim magnetom, kao i svaki drugi, sastoji se od rotora i statora. Stator je stacionarni dio, rotor je rotirajući dio.

Obično se rotor nalazi unutar statora elektromotora, postoje i izvedbe s vanjskim rotorom - elektromotori invertnog tipa.

Dizajn sinkronog motora s trajnim magnetom: lijevo je standardno, desno je obrnuto.

Rotor sastoji se od trajnih magneta. Kao trajni magneti koriste se materijali s velikom koercitivnom silom.

Prema izvedbi rotora, sinkroni motori se dijele na:

Elektromotor s implicitno izraženim polovima ima jednak induktivitet duž uzdužne i poprečne osi L d = L q, dok za elektromotor s izraženim polovima poprečna induktivnost nije jednaka uzdužnoj L q ≠ L d.

Presjek rotora s različitim omjerima Ld/Lq. Magneti su označeni crnom bojom. Slike e, f prikazuju aksijalno stratificirane rotore, slike c i h prikazuju rotore s barijerama.

Također, prema dizajnu rotora, SDPM se dijele na:
• sinkroni motor površinski montiran trajni magneti
  (engleski SPMSM - sinhroni motor s površinskim permanentnim magnetom) ;
• sinkroni motor s ugrađenim(ugrađeni) magneti
  (engleski IPMSM - unutarnji sinkroni motor s permanentnim magnetom).

Površinski montiran rotor sinkronog motora s permanentnim magnetom

Rotor sinkronog motora s integriranim magnetima

Stator sastoji se od tijela i jezgre s namotom. Najčešći dizajni su s dvofaznim i trofaznim namotom.

Ovisno o izvedbi statora, sinkroni motor s permanentnim magnetom može biti:
• s raspoređenim namotom;
• s koncentriranim namotom.

Distribuirano naziva se namot u kojem je broj utora po polu i fazi Q = 2, 3, ...., k.

Usredotočeno naziva se namot u kojem je broj utora po polu i faza Q = 1. U tom su slučaju utori ravnomjerno raspoređeni po obodu statora. Dvije zavojnice koje tvore namot mogu se spojiti serijski ili paralelno. Glavni nedostatak takvih namota je nemogućnost utjecaja na oblik krivulje EMF-a.

Dijagram trofaznog raspoređenog namota

Trofazni grudni krug namota

Oblik povratnog EMF-a elektromotor može biti:
• trapezoidni;
• sinusni.

Oblik krivulje EMF-a u vodiču određen je krivuljom raspodjele magnetske indukcije u zazoru oko opsega statora.

Poznato je da magnetska indukcija u zazoru ispod izraženog pola rotora ima trapezni oblik. EMF inducirana u vodiču ima isti oblik. Ako je potrebno stvoriti sinusoidni EMF, tada se polni dijelovi oblikuju na način da bi krivulja raspodjele indukcije bila bliska sinusnoj. To je olakšano kosinama polova rotora.

Princip rada sinkronog motora temelji se na interakciji statora i konstantnog magnetskog polja rotora.

Trčanje

Stop

Rotacijsko magnetsko polje sinkronog motora

Magnetno polje rotora, u interakciji sa sinkronom izmjeničnom strujom namota statora, prema, stvara, tjerajući rotor da se okreće ().

Trajni magneti smješteni na PMSM rotoru stvaraju konstantno magnetsko polje. Kada je brzina rotora sinkrona s poljem statora, polovi rotora su međusobno povezani s rotirajućim magnetskim poljem statora. S tim u vezi, PMSM se ne može sam pokrenuti kada je spojen izravno na trofaznu strujnu mrežu (trenutna frekvencija u mreži je 50Hz).

Upravljanje sinkronim motorom s trajnim magnetom

Za rad sinkronog motora s permanentnim magnetom potreban je upravljački sustav, na primjer, ili servo pogon. Istodobno, postoji veliki broj načina upravljanja implementiranim sustavima upravljanja. Izbor optimalne metode upravljanja uglavnom ovisi o zadatku koji je postavljen za električni pogon. Glavne metode upravljanja sinkronim motorom s permanentnim magnetom prikazane su u donjoj tablici.

Popularni načini upravljanja sinkronim motorom s trajnim magnetom

Za rješavanje jednostavnih zadataka obično se koristi trapezoidno upravljanje pomoću Hallovih senzora (na primjer, računalnih ventilatora). Za zadatke koji zahtijevaju maksimalnu učinkovitost od električnog pogona, obično se odabire upravljanje usmjereno na polje.

Trapezoidno upravljanje

Jedna od najjednostavnijih metoda upravljanja sinkronim motorom s permanentnim magnetom je trapezoidno upravljanje. Trapezoidno upravljanje se koristi za upravljanje PMSM-om s trapezoidnim stražnjim EMF-om. Istodobno, ova metoda također omogućuje upravljanje PMSM-om sa sinusoidnim povratnim EMF-om, ali tada će prosječni moment električnog pogona biti 5% manji, a valovitost momenta će biti 14% maksimalne vrijednosti. Postoji trapezoidna kontrola otvorene petlje s povratnom spregom o položaju rotora.

Kontrolirati nema povratnih informacija nije optimalno i može dovesti do izlaska PMSM-a iz sinkroniciteta, tj. do gubitka kontrole.

Kontrolirati s povratnim informacijama može se podijeliti na:
• trapezoidno upravljanje senzorom položaja (obično - Hallovim senzorima);
• trapezoidno upravljanje bez senzora (trapezoidno upravljanje bez senzora).

Kao senzor položaja rotora za trapezoidno upravljanje trofaznog PMSM-a obično se koriste tri Hallova senzora ugrađena u elektromotor, koji omogućuju određivanje kuta s točnošću od ± 30 stupnjeva. S ovom kontrolom vektor struje statora zauzima samo šest položaja za jedno električno razdoblje, zbog čega na izlazu dolazi do mreškanja momenta.

Postoje dva načina za određivanje položaja rotora:
• senzor položaja;
• bez senzora - izračunavanjem kuta od strane upravljačkog sustava u stvarnom vremenu na temelju dostupnih informacija.

Terensko orijentirano upravljanje PMSM senzorom položaja

Sljedeće vrste senzora koriste se kao senzori kuta:
• induktivni: sinusno-kosinusni rotirajući transformator (SCRT), reduktozin, induktozin itd.;
• optički;
• magnetski: magnetootporni senzori.

Terensko orijentirano upravljanje PMSM-om bez senzora položaja

Zahvaljujući eksplozivnom razvoju mikroprocesora od 1970-ih, počele su se razvijati metode vektorskog upravljanja bez senzora za izmjeničnu struju bez četkica. Prve metode detekcije kuta bez senzora temeljile su se na svojstvu elektromotora da stvara povratni EMF tijekom rotacije. Stražnji EMF motora sadrži informacije o položaju rotora, stoga, izračunavanjem vrijednosti stražnjeg EMF-a u stacionarnom koordinatnom sustavu, možete izračunati položaj rotora. Ali kada je rotor nepomičan, nema stražnjeg EMF-a, a pri malim brzinama stražnji EMF ima malu amplitudu, što je teško razlikovati od buke, stoga ova metoda nije prikladna za određivanje položaja rotora motora pri malim brzinama .

Dvije su uobičajene opcije za pokretanje PMSM-a:
• skalarno okidanje - okidanje prema unaprijed određenoj karakteristici napona u odnosu na frekvenciju. Ali skalarno upravljanje ozbiljno ograničava mogućnosti upravljačkog sustava i parametre električnog pogona u cjelini;
• - radi samo s PMSM-om kod kojeg rotor ima izražene polove.

Trenutno je moguće samo za motore s rotorom s jasno definiranim polovima.