Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Lĩnh vực hoạt động (công nghệ) mà sáng chế được mô tả thuộc về

Bí quyết của sự phát triển, cụ thể là phát minh này của tác giả liên quan đến lĩnh vực kỹ thuật điện, đặc biệt là máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu, và có thể được sử dụng trong các nguồn điện tự trị trên ô tô, tàu thuyền, cũng như trong các nguồn cung cấp điện tự trị cho người tiêu dùng với dòng điện xoay chiều làm tần số công nghiệp tiêu chuẩn và tần số tăng lên và trong các nhà máy điện tự trị như một nguồn dòng hànđể hàn hồ quang điện tại hiện trường.

MÔ TẢ CHI TIẾT CỦA SÁNG KIẾN

Máy phát điện đồng bộ đã biết có kích từ nam châm vĩnh cửu, chứa cụm sóng mang stato với các ổ đỡ, trên đó có gắn mạch từ hình khuyên với các cực nhô ra dọc theo ngoại vi, được trang bị các cuộn dây điện đặt trên chúng với cuộn dây stato phần ứng, và cũng được gắn trên trục đỡ có khả năng quay trong các gối đỡ kích thích được đề cập (ví dụ, xem A.I. Voldek, "Máy điện", ed. Energia, chi nhánh Leningrad, 1974, trang 794).

Nhược điểm của máy phát điện đồng bộ đã biết là tiêu thụ kim loại đáng kể và kích thước lớn do tiêu thụ kim loại đáng kể và kích thước của khối lượng lớn hình trụ rôto được làm bằng nam châm kích thích vĩnh cửu làm bằng hợp kim từ cứng (như alni, alnico, phóng đại, v.v.).

Còn được gọi là máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu, chứa cụm ổ trục stato có ổ đỡ, trên đó lắp mạch từ hình khuyên với các cực nhô ra dọc theo ngoại vi, được trang bị các cuộn dây điện đặt trên chúng có cuộn dây stato phần ứng, được lắp với khả năng quay xung quanh mạch từ hình khuyên của stato có lắp đặt ở thành bên trong có chèn từ tính hình khuyên với các cực từ xen kẽ theo hướng chu vi, phủ các gờ cực bằng cuộn dây điện của cuộn dây phần ứng của hình khuyên xác định. mạch từ stato (xem, ví dụ, bằng sáng chế RF số 2141716, hạng H 02 K 21/12 theo đơn số 4831043/09 ngày 2 tháng 3 năm 1988).

Một nhược điểm của máy phát điện đồng bộ đã biết có kích từ nam châm vĩnh cửu là thông số vận hành hẹp do thiếu khả năng điều khiển công suất tác dụng của máy phát điện đồng bộ, do trong thiết kế của máy phát điện dẫn đồng bộ này không có khả năng thay đổi nhanh chóng. giá trị của tổng số từ thôngđược tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu riêng lẻ của chèn từ tính hình khuyên được chỉ định.

Tương tự gần nhất (nguyên mẫu) là máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu, có chứa cụm hạt tải điện stato với các ổ đỡ, trên đó một mạch từ hình khuyên được gắn với các cực nhô ra dọc theo ngoại vi, được trang bị các cuộn dây điện đặt trên chúng với đa - cuộn dây stato phần ứng một giai đoạn, được lắp trên trục đỡ có khả năng quay trong các ổ đỡ đã đề cập xung quanh mạch từ stato hình khuyên; RF số 2069441, loại H 02 K 21/22 theo đơn đăng ký số 4894702/07 của 06 / 01/1990).

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Nhược điểm của máy phát điện đồng bộ đã biết có kích từ nam châm vĩnh cửu là các thông số vận hành hẹp, do không thể kiểm soát được công suất hoạt động của máy phát điện dẫn đồng bộ và không có khả năng kiểm soát độ lớn của điện áp xoay chiều đầu ra, điều này làm cho nó khó sử dụng nó làm nguồn dòng điện hàn trong hàn hồ quang (trong thiết kế của máy phát điện đồng bộ nổi tiếng, không có khả năng thay đổi nhanh độ lớn của tổng từ thông của các nam châm vĩnh cửu riêng lẻ, tạo thành chèn từ tính hình khuyên giữa chúng tôi).

Mục đích của sáng chế là mở rộng các thông số hoạt động của máy phát điện đồng bộ bằng cách cung cấp khả năng điều chỉnh cả công suất hoạt động của nó và khả năng điều chỉnh điện áp xoay chiều, cũng như cung cấp khả năng sử dụng nó làm nguồn dòng điện hàn. khi tiến hành hàn hồ quang điện ở nhiều chế độ khác nhau.

Mục tiêu này đạt được là do máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu, chứa cụm ổ trục stato có ổ đỡ, trên đó mạch từ hình khuyên được gắn với các cực nhô ra dọc theo ngoại vi, được trang bị các cuộn dây điện đặt trên chúng với một cuộn dây phần ứng nhiều pha của stato, được lắp trên trục đỡ có khả năng quay trong các ổ đỡ đã đề cập xung quanh mạch từ stato hình khuyên; stato được làm bằng một nhóm các mô-đun giống hệt nhau với mạch từ hình khuyên được chỉ định và hình khuyên rôto, được gắn trên một trục đỡ với khả năng quay của chúng tương đối với nhau quanh một trục đồng trục với trục đỡ, và chúng được nối với nhau bằng một ổ nối động học với chúng để quay chúng so với nhau và các pha giống nhau của cuộn dây phần ứng trong các mô-đun của bộ mang stato được nối với nhau, tạo thành các pha chung của cuộn dây phần ứng stato.

Một điểm khác biệt bổ sung của máy phát điện đồng bộ được đề xuất với kích từ nam châm vĩnh cửu là các cực từ giống nhau của chèn từ tính của rôto hình khuyên trong các mô-đun liền kề của cụm hạt mang stato được đặt đồng thời với nhau trong cùng một mặt phẳng hướng tâm, và các đầu pha của cuộn dây phần ứng trong một môđun của cụm sóng mang stato được nối với các đầu pha của cuộn dây phần ứng cùng tên trong môđun liền kề khác của khối mang stato, tạo thành liên kết với nhau các pha chung của stato. Cuộn dây phần ứng.

Ngoài ra, mỗi mô-đun của cụm ổ trục stato bao gồm một ống bọc hình khuyên với mặt bích đẩy bên ngoài và một cốc có lỗ trung tâm ở cuối và rôto hình khuyên trong mỗi mô-đun của cụm ổ trục stato bao gồm một vỏ hình khuyên. có mặt bích lực đẩy bên trong, trong đó lắp đặt chèn từ tính hình khuyên tương ứng nói trên., trong đó ống lót hình khuyên của các mô-đun của bộ mang stato được kết nối bằng thành bên hình trụ bên trong của chúng với một trong các ổ trục đỡ nói trên, ổ trục kia được kết nối với thành của các lỗ trung tâm ở các đầu của cốc tương ứng được chỉ định, vỏ hình khuyên của rôto hình khuyên được kết nối cứng với trục đỡ bằng các bộ phận buộc và mạch từ hình khuyên trong mô-đun tương ứng của stato cụm vòng bi được gắn trên ống lót hình khuyên đã chỉ định, được gắn chặt với mặt bích đẩy bên ngoài của nó vào thành hình trụ bên của cốc và tạo thành cùng với ống lót sau, một khoang hình khuyên trong đó con trỏ được đặt. mạch từ hình khuyên tương ứng với các cuộn dây điện của cuộn dây phần ứng stato tương ứng. Một điểm khác biệt bổ sung của máy phát điện đồng bộ được đề xuất với kích từ nam châm vĩnh cửu là mỗi bộ phận buộc kết nối vỏ hình khuyên của rôto hình khuyên với trục đỡ bao gồm một trung tâm gắn trên trục đỡ với một mặt bích được gắn chặt vào mặt bích lực đẩy bên trong. của vỏ hình khuyên tương ứng.

Một điểm khác biệt bổ sung của máy phát điện đồng bộ được đề xuất với kích từ từ nam châm vĩnh cửu là bộ truyền động cho chuyển động quay theo góc của các mô-đun của cụm giá đỡ stato so với nhau được gắn bằng cụm giá đỡ trên các mô-đun của cụm giá đỡ stato.

Ngoài ra, bộ truyền động để quay theo góc so với nhau của các mô-đun của cụm ổ trục stato được chế tạo dưới dạng cơ cấu trục vít với vít dẫn và đai ốc, và cụm hỗ trợ của bộ truyền động cho chuyển động quay theo góc của các phần. của cụm giá đỡ stato bao gồm một vấu đỡ được cố định trên một trong các cốc được đề cập và một thanh đỡ trên cốc kia., trong khi vít dẫn được kết nối trục bằng bản lề hai giai đoạn ở một đầu qua một trục song song với trục của trục đỡ đã đề cập, với thanh đỡ được chỉ định, được làm với rãnh dẫn hướng nằm dọc theo cung tròn và đai ốc của cơ cấu trục vít được kết nối trục ở một đầu với vấu nói trên, được làm ở đầu kia bằng một chuôi. được đưa qua một rãnh dẫn hướng trên thanh đỡ và được trang bị bộ phận khóa.

Bản chất của phát minh được minh họa bằng hình vẽ.

Hình 1 trình bày Hình chiếu chung của máy phát điện đồng bộ được đề xuất có kích từ nam châm vĩnh cửu theo mặt cắt dọc;

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Hình 2 - Máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu, hình A;

Hình 3 trình bày sơ đồ mạch kích từ của máy phát điện đồng bộ theo phương án với mạch điện ba pha của cuộn dây phần ứng stato ở vị trí ban đầu ban đầu (không có sự dịch chuyển góc của các pha tương ứng cùng tên trong mô-đun của sóng mang stato đơn vị) cho số cặp cực của stato p = 8;

Hình 4 - giống nhau, với các pha của mạch điện ba pha của cuộn dây neo của stato, được triển khai so với nhau ở vị trí góc một góc bằng 360 / 2p độ;

Hình 5 cho thấy tùy chọn mạch điện mối nối của các cuộn dây phần ứng của stato của máy phát điện đồng bộ với mối nối các pha của máy phát với hình sao và mối nối nối tiếp của các pha giống nhau trong các pha chung do chúng tạo thành;

Hình 6 mô tả một phiên bản khác của mạch điện để kết nối các cuộn dây phần ứng của stato của máy phát điện đồng bộ với kết nối các pha của máy phát theo hình tam giác và kết nối nối tiếp của các pha giống nhau trong các pha chung do chúng tạo thành;

biểu đồ vectơ giản đồ về sự thay đổi độ lớn của điện áp pha của máy phát điện đồng bộ với góc quay của các pha tương ứng cùng tên của cuộn dây phần ứng stato (tương ứng là môđun của khối mang stato) một góc tương ứng và khi các pha được chỉ định được kết nối theo sơ đồ "sao"

Hình 7 cho thấy một giản đồ vectơ về sự thay đổi độ lớn của điện áp pha của máy phát điện đồng bộ với góc quay của các pha tương ứng cùng tên của các cuộn dây phần ứng stato (tương ứng là các môđun của khối sóng mang stato) tại góc thích hợp và khi các pha này được kết nối theo sơ đồ "sao";

tương tự, khi nối các pha của cuộn dây phần ứng stato theo sơ đồ "tam giác"

Hình 8 - giống nhau, khi kết nối các pha của cuộn dây neo của stato theo sơ đồ "tam giác";

biểu đồ có đồ thị sự phụ thuộc của điện áp tuyến tính đầu ra của máy phát điện đồng bộ vào góc quay hình học của các pha giống nhau của các cuộn dây phần ứng của stato với độ giảm góc quay điện tương ứng của vectơ điện áp cùng pha. để kết nối các giai đoạn theo sơ đồ "sao"

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Hình 9 mô tả sơ đồ có đồ thị sự phụ thuộc của điện áp tuyến tính đầu ra của máy phát điện đồng bộ vào góc quay hình học của các pha giống nhau của các cuộn dây phần ứng của stato với sự giảm góc quay điện tương ứng của điện áp vector trong pha để kết nối các pha theo lược đồ "sao";

sơ đồ có đồ thị sự phụ thuộc của điện áp tuyến tính đầu ra của máy phát điện đồng bộ vào góc quay hình học của các pha giống nhau của các cuộn dây phần ứng stato với sự giảm góc quay điện tương ứng của vectơ điện áp trong pha đối với các giai đoạn theo sơ đồ "tam giác"

Hình 10 cho thấy một sơ đồ có đồ thị sự phụ thuộc của điện áp tuyến tính đầu ra của máy phát điện đồng bộ vào góc quay hình học của các pha giống nhau của các cuộn dây phần ứng của stato với sự giảm góc quay điện tương ứng của điện áp vector trong pha để kết nối các pha theo lược đồ "tam giác".

Máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu chứa cụm ổ trục stato với các ổ đỡ 1, 2, 3, 4, trên đó gắn một nhóm lõi từ hình khuyên giống hệt nhau 5 (ví dụ, ở dạng đĩa nguyên khối làm bằng hỗn hợp bột vật liệu mềm từ tính) với các cực nhô ra dọc theo ngoại vi, được trang bị các cuộn dây điện 6 đặt trên chúng với các cuộn dây phần ứng nhiều pha (ví dụ, ba pha và thường là m pha) 7, 8 của stato, được lắp trên giá đỡ trục 9 với khả năng quay trong các ổ đỡ được đề cập 1, 2, 3, 4 xung quanh stato cụm ổ trục, một nhóm các rôto hình khuyên giống hệt nhau 10, với các miếng chèn từ tính hình khuyên 11 được gắn trên các thành bên trong (ví dụ, trong dạng các vòng từ nguyên khối làm bằng vật liệu từ tính đẳng hướng bột) với các cực từ xen kẽ theo hướng chu vi từ các cặp p (ở phiên bản máy phát điện này, số cặp cực từ p là 8), bao lấy cực chỗ lồi với cuộn dây điện 6 cuộn dây phần ứng 7, 8 của mạch từ hình khuyên 5 của stato. Cụm ổ trục của stato được làm bằng một nhóm các mô-đun giống hệt nhau, mỗi mô-đun bao gồm ống lót hình khuyên 12 với mặt bích đẩy bên ngoài 13 và cốc 14 có lỗ trung tâm "a" ở đầu 15 và với thành hình trụ bên. 16. Mỗi rôto hình khuyên 10 bao gồm một vỏ hình khuyên 17 với mặt bích lực đẩy bên trong 18. Ống lót hình khuyên 12 của các mô-đun của cụm ổ trục stato được liên kết với thành bên hình trụ bên trong của chúng bằng một trong các ổ đỡ đã đề cập (với các ổ đỡ 1, 3), cái còn lại trong số đó (2, 4) được nối với thành của lỗ trung tâm "a" ở đầu 15 của kính tương ứng được chỉ định 14. Vỏ hình khuyên 17 của rôto hình khuyên 10 được kết nối cứng với trục đỡ 9 bằng các chốt, và mỗi mạch từ hình khuyên 5 trong mô-đun tương ứng của cụm ổ trục stato được gắn trên ống bọc hình khuyên 12 được chỉ định, được gắn chặt với mặt bích đẩy ngoài 13 của nó với thành hình trụ bên 16 của cốc 14 và hình thành cùng với cốc cuối cùng một khoang hình khuyên duy nhất "b" trong đó đặt mạch từ hình khuyên tương ứng 5 với các cuộn dây điện 6 của cuộn dây phần ứng tương ứng (cuộn dây phần ứng 7, 8) của stato được đặt. Các mô-đun của cụm ổ trục của stato (ống lót hình khuyên 12 với cốc 14 tạo thành các mô-đun này) được lắp đặt với khả năng quay của chúng tương đối với nhau xung quanh một trục đồng trục với trục đỡ 9 và được trang bị kết nối động học truyền động cho chuyển động quay theo góc của chúng so với nhau, được lắp bằng cụm giá đỡ trên các mô-đun của cụm ổ trục stato. Mỗi ốc vít kết nối vỏ hình khuyên 17 của rôto hình khuyên tương ứng 10 với trục đỡ 9 bao gồm một trục 19 được gắn trên trục đỡ 9 với một mặt bích 20 được gắn chặt vào mặt bích đẩy bên trong 18 của vỏ hình khuyên tương ứng 17. The truyền động cho chuyển động quay theo góc của các mô-đun lắp ráp ổ trục stato là khác nhau so với nhau trong phương án riêng được trình bày được chế tạo dưới dạng cơ cấu trục vít với vít dẫn 21 và đai ốc 22, và bộ phận đỡ của ổ cho góc quay của các phần của cụm ổ trục của stato bao gồm một vấu đỡ 23 được cố định trên một trong các cốc 14 được đề cập và trên cốc kia 14 là một thanh đỡ 24 Vít chì 21 được kết nối trục bằng bản lề hai độ ( bản lề có hai bậc tự do) với một đầu "c" qua trục 25 song song với trục O-O1 của trục đỡ 9 đã đề cập, với thanh đỡ quy định 24, được làm với rãnh dẫn hướng "g" nằm dọc theo cung tròn "và đai ốc 22 của cơ cấu trục vít được nối trục bằng một đầu cuối với vấu đỡ 23 nói trên, được làm ở đầu kia với xupáp 26 đi qua rãnh dẫn hướng "g" trên thanh đỡ 24 và được cung cấp một phần tử khóa 27 (đai ốc khóa). Ở cuối đai ốc 22, được kết nối trục với vấu đỡ 23, có một bộ phận khóa bổ sung 28 (đai ốc khóa bổ sung). Trục đỡ 9 được trang bị các quạt 29 và 30 để làm mát các cuộn dây phần ứng 7, 8 của stato, một trong số đó (29) nằm ở một đầu của trục đỡ 9 và cuộn kia (30) được đặt giữa các phần của cụm ổ trục stato và được lắp trên trục đỡ 9. ống lót 12 trong số các phần của cụm ổ trục stato được chế tạo với các lỗ thông gió "d" trên các mặt bích lực đẩy bên ngoài 13 để luồng không khí đi vào các hốc hình khuyên tương ứng "b "được hình thành bởi ống lót hình khuyên 12 và cốc 14, và do đó làm mát cuộn dây neo 7 và 8, được đặt trong cuộn dây điện 6 trên phần nhô ra cực của mạch từ hình khuyên 5. Ở cuối trục đỡ 9, trên đó quạt 29 được định vị, một ròng rọc 31 được gắn Bộ truyền đai Vđể dẫn động các rôto hình khuyên 10 của máy phát điện đồng bộ. Quạt 29 được cố định trực tiếp trên ròng rọc đai chữ V 31. Ở đầu kia của vít dẫn 21 của cơ cấu trục vít, một tay cầm 32 được lắp đặt để điều khiển bằng tay cơ cấu trục vít của bộ truyền động đối với chuyển động quay theo góc của các mô-đun của cụm ổ trục stato so với nhau. Các pha cùng tên (A1, B1, C1 và A2, B2, C2) của cuộn dây phần ứng trong mạch từ vòng 5 môđun của khối mang stato được nối với nhau, tạo thành các pha chung của máy phát điện (nối các pha giống nhau trong nhìn chung cả nối tiếp và song song, cũng như hợp chất). Các cực từ cùng tên ("bắc" và, tương ứng, "nam") của chèn từ tính hình khuyên 11 trong số các rôto hình khuyên 10 trong các môđun liền kề của cụm ổ trục stato được đặt đồng thời với nhau trong cùng một mặt phẳng hướng tâm. Theo phương án được trình bày, các đầu của các pha (A1, B1, C1) của cuộn dây phần ứng (cuộn dây 7) trong mạch từ hình khuyên 5 của một mô-đun của khối mang stato được nối với các đầu của cùng một pha (A2 , B2, C2) của cuộn dây phần ứng (cuộn dây 8) trong một nút mang môđun khác liền kề của stato, tạo thành kết nối nối tiếp giữa chúng với các pha chung của cuộn dây phần ứng stato.

Máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu hoạt động như sau.

Từ bộ truyền động (ví dụ, từ động cơ đốt trong, chủ yếu là diesel, không được thể hiện trong hình vẽ) qua puli 31 của bộ truyền đai V, chuyển động quay được truyền đến trục đỡ 9 với các rôto hình khuyên 10. Khi rôto hình khuyên 10 (vỏ hình khuyên 17) quay với chèn từ tính hình khuyên 11 (ví dụ, các vòng từ nguyên khối làm bằng vật liệu từ tính đẳng hướng bột) tạo ra từ thông quay xuyên qua khe hở hình khuyên không khí giữa chèn từ tính hình khuyên 11 và lõi từ tính hình khuyên 5 (đối với ví dụ, các đĩa nguyên khối làm bằng vật liệu mềm từ tính hỗn hợp bột) của các mô-đun của cụm ổ trục stato, cũng như xuyên qua các phần nhô ra cực hướng tâm (quy ước không được hiển thị trong hình vẽ) của các lõi từ hình khuyên 5. Trong quá trình quay của hình khuyên. rôto 10, sự chuyển động luân phiên của các cực từ luân phiên "phía bắc" và "phía nam" của chèn từ tính hình khuyên 11 cũng được thực hiện phía trên các phần nhô ra cực hướng tâm của hình khuyên mạch từ 5 trong số các môđun của cụm hạt tải điện, gây ra xung của từ thông quay cả về độ lớn và hướng trong các điểm lồi cực hướng tâm của mạch từ hình khuyên 5. Trong trường hợp này, suất điện động xoay chiều (EMF) được cảm ứng trong cuộn dây phần ứng 7 và 8 của stato với sự lệch pha lẫn nhau trong mỗi cuộn dây neo thứ m pha 7 và 8 ở một góc bằng 360 / m độ điện, và đối với cuộn dây neo ba pha 7 và 8 in pha của chúng (A1, B1, C1 và A2, B2, C2) suất điện động xoay chiều hình sin là lực cảm ứng (EMF) lệch pha giữa chúng một góc 120 độ và có tần số bằng tích của số cặp (p) của các cực từ trong miếng chèn từ hình khuyên 11 bằng tốc độ quay của rôto hình khuyên 10 (đối với số cặp cực từ p = 8, EMF biến thiên được cảm ứng chủ yếu là tần số tăng lên, ví dụ với tần số 400 Hz ). Dòng điện xoay chiều (ví dụ, ba pha hoặc nói chung là pha m) chạy qua cuộn dây phần ứng chung của stato được tạo thành bằng cách kết nối ở trên giữa các pha giống nhau (A1, B1, C1 và A2, B2, C2) của cuộn dây phần ứng 7 và 8 trong các lõi từ tính vòng 5 liền kề, được cấp cho các đầu nối nguồn điện đầu ra (không được hiển thị trong hình vẽ) để kết nối máy thu năng lượng điện dòng điện xoay chiều (ví dụ, để kết nối động cơ điện, dụng cụ điện, máy bơm điện, thiết bị sưởi ấm , cũng như để kết nối thiết bị hàn điện, v.v.). Theo phương án được trình bày của máy phát điện đồng bộ, điện áp pha đầu ra (Uf) trong cuộn dây phần ứng chung của stato (được hình thành bằng cách kết nối tương ứng nêu trên của các pha giống nhau của cuộn dây phần ứng 7 và 8 trong mạch từ vòng 5 ) ở vị trí ban đầu ban đầu của các mô-đun của cụm ổ trục stato (không có dịch chuyển góc của từng mô-đun so với nhau của các mô-đun này của cụm mang stato và do đó, không có dịch chuyển góc so với nhau của các lõi từ hình khuyên 5 với cực nhô ra dọc theo ngoại vi) bằng tổng giá trị tuyệt đối của điện áp pha riêng (Uf1 và Uf2) trong cuộn dây phần ứng 7 và 8 của lõi từ hình khuyên của môđun của cụm hạt tải điện stato (trong trường hợp chung , tổng điện áp pha đầu ra Uf của máy phát bằng tổng hình học của vectơ điện áp trong các pha riêng lẻ cùng tên A1, B1, C1 và A2, B2, C2 của cuộn dây phần ứng 7 và 8, xem Hình. 7 và 8 với sơ đồ điện áp). Nếu cần thay đổi (giảm) độ lớn của điện áp pha đầu ra Uph (và theo đó, điện áp tuyến tính đầu ra U l) của máy phát đồng bộ được trình bày để cấp nguồn cho một số máy thu điện có điện áp giảm (ví dụ, đối với hồ quang điện xoay chiều hàn ở các chế độ nhất định), chuyển động quay theo góc của các môđun riêng lẻ của nút sóng mang được thực hiện so với stato so với nhau ở một góc nhất định (cho trước hoặc hiệu chỉnh). Trong trường hợp này, phần tử khóa 27 của đai ốc 22 của cơ cấu trục vít của bộ truyền động để quay theo góc của các mô-đun của cụm ổ trục stato được mở khóa và vít dẫn 21 của cơ cấu trục vít được quay bằng tay cầm 32 , do đó chuyển động theo góc của đai ốc 22 dọc theo cung tròn trong rãnh "g" của thanh đỡ 24 và quay theo một góc nhất định của một trong các mô-đun của cụm giá đỡ stato đối với một mô-đun khác của cụm giá đỡ stato này xung quanh trục O-O1 của trục đỡ 9 mô-đun khác của cụm ổ trục stato với thanh đỡ 24, có rãnh "g", ở vị trí cố định, tức là được cố định trên bất kỳ đế nào , không được thể hiện theo quy ước trong bản vẽ đã trình bày). Với một góc quay của các mô-đun của cụm ổ trục stato (ống lót hình khuyên 12 với cốc 14) so ​​với nhau xung quanh trục O-O1 của trục đỡ 9, các lõi từ hình khuyên 5 với cực nhô ra dọc theo ngoại vi cũng được quay so với nhau ở một góc nhất định, do đó quá trình quay cũng được thực hiện ở một góc nhất định so với nhau xung quanh trục O-O1 của trục đỡ 9 của bản thân cực nhô ra (quy ước không được hiển thị trong hình vẽ) với cuộn dây điện 6 của cuộn dây phần ứng nhiều pha (trong trường hợp này là ba pha) 7 và 8 của stato trong mạch từ dạng vòng. Khi các cực nhô ra của mạch từ hình khuyên 5 được quay so với nhau theo một góc nhất định trong vòng 360 / 2p độ, chuyển động quay tỷ lệ của vectơ điện áp pha xảy ra trong cuộn dây phần ứng của môđun chuyển động của khối mang stato (trong trong trường hợp này, vectơ điện áp pha Uf2 quay trong cuộn dây phần ứng 7 của stato mô-đun đơn vị sóng mang, có khả năng quay theo góc) ở một góc xác định rõ trong khoảng 0-180 độ điện (xem Hình 7 và 8), dẫn đến sự thay đổi điện áp pha đầu ra Uph của máy phát điện đồng bộ, phụ thuộc vào góc quay điện của các vectơ điện áp pha Uph2 trong các pha A2, B2, C2 của một cuộn dây phần ứng 7 của stato so với các vectơ của điện áp pha Uf1 trong các pha A1, B1, C1 của cuộn dây phần ứng khác 8 của stato (sự phụ thuộc này có đặc điểm thiết kế, được tính bằng cách giải tam giác xiên và được xác định theo biểu thức sau:

Phạm vi điều chỉnh của điện áp pha đầu ra Uf của máy phát điện đồng bộ được trình bày đối với trường hợp khi Uf1 = Uf2 sẽ thay đổi từ 2Uf1 đến 0 và đối với trường hợp khi Uf2

Thực hiện cụm giá đỡ stato từ một nhóm các mô-đun giống hệt nhau với mạch từ hình khuyên 5 và rôto hình khuyên 10 được chỉ định, được gắn trên một trục đỡ 9, cũng như lắp đặt các mô-đun của cụm giá đỡ stato với khả năng quay của chúng tương đối với nhau quanh trục đồng trục với trục đỡ 9, nguồn cung cấp các môđun của cụm ổ trục stato được kết nối động học với chúng bằng truyền động quay theo góc của chúng so với nhau và kết nối giữa các pha giống nhau của cuộn dây phần ứng 7 và 8 trong các mô-đun của cụm sóng mang stato với sự hình thành các pha chung của cuộn dây phần ứng stato làm cho nó có thể mở rộng các thông số hoạt động của máy phát điện đồng bộ bằng cách cung cấp khả năng điều chỉnh cả công suất hoạt động của nó và cung cấp khả năng điều chỉnh đầu ra điện áp của dòng điện xoay chiều, cũng như cung cấp khả năng sử dụng nó làm nguồn dòng điện hàn khi tiến hành hàn hồ quang điện ở các chế độ khác nhau (bằng cách cung cấp khả năng điều chỉnh giá trị lệch pha điện áp trong cùng các pha A1, B1, C1 và A2, B2, C2, và trong trường hợp chung trong các pha Ai, Bi, Ci của cuộn dây phần ứng stato trong máy phát điện đồng bộ được đề xuất). Máy phát điện đồng bộ được đề xuất có kích từ nam châm vĩnh cửu có thể được sử dụng với sự đóng cắt thích hợp của cuộn dây phần ứng stato để cung cấp điện cho nhiều loại máy thu dòng điện xoay chiều nhiều pha với các thông số điện áp nguồn khác nhau. Ngoài ra, vị trí bổ sung của các cực từ giống nhau ("bắc" và, theo đó, "nam") của chèn từ tính hình khuyên 11 trong rôto hình khuyên 10 liền kề là đồng dư với nhau trong cùng một mặt phẳng bán kính, cũng như kết nối các đầu của các pha A1, B1, C1 của cuộn dây phần ứng 7 trong mạch từ hình khuyên 5 của một môđun của cụm sóng mang stato với các đầu của cùng các pha A2, B2, C2 của cuộn dây phần ứng 8 ở liền kề mô-đun của cụm sóng mang stato (nối tiếp các pha giống nhau của cuộn dây phần ứng stato cùng tên) có thể đảm bảo điều chỉnh trơn tru và hiệu quả điện áp đầu ra của máy phát điện đồng bộ từ giá trị lớn nhất (2U f1, và trong trường hợp chung cho số phần n của cụm ổ trục stato nU f1) đến 0, cũng có thể được sử dụng để cung cấp điện cho các máy điện và hệ thống lắp đặt đặc biệt.

Yêu cầu

1. Máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu, chứa cụm ổ trục stato có ổ đỡ, trên đó lắp mạch từ hình khuyên với cực nhô ra ở ngoại vi, được trang bị các cuộn dây điện đặt trên chúng có dây quấn stato phần ứng nhiều pha. , được gắn trên một trục đỡ với khả năng quay trong các gối đỡ đã đề cập xung quanh mạch từ stato hình khuyên, rôto hình khuyên với một miếng đệm từ tính hình khuyên được gắn trên thành bên trong với các cực từ xen kẽ theo hướng chu vi từ các cặp p, bao phủ các cực nhô ra với các cuộn dây điện của cuộn dây phần ứng của mạch từ stato hình khuyên nói trên, có đặc điểm là cụm ổ trục stato được chế tạo từ một nhóm các mô-đun giống hệt nhau với mạch từ hình khuyên được chỉ định và rôto hình khuyên được gắn trên một trục đỡ, trong khi các mô-đun của cụm ổ trục stato được lắp đặt với khả năng quay của chúng so với nhau quanh trục và, đồng trục với trục đỡ và được trang bị bộ truyền động được kết nối động học để chúng quay theo góc so với nhau, và các pha giống nhau của cuộn dây phần ứng trong các mô-đun của bộ mang stato được kết nối với nhau, tạo thành các pha chung của phần ứng stato quanh co.

2. Máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu theo điểm 1, có đặc điểm là các cực từ giống nhau của chèn từ tính của rôto hình khuyên trong các môđun liền kề của cụm hạt tải điện stato được đặt đồng thời với nhau trong cùng một mặt phẳng hướng tâm. , và các đầu pha của cuộn dây phần ứng trong một môđun sóng mang của cụm stato được nối với các đầu pha của cuộn dây phần ứng cùng tên trong một môđun liền kề của cụm sóng mang stato, tạo thành mối liên hệ chung với nhau. các pha của cuộn dây phần ứng stato.

3. Máy phát điện đồng bộ có kích từ nam châm vĩnh cửu theo điểm 1, có đặc điểm là mỗi mô-đun của cụm hạt tải điện stato bao gồm ống lót hình khuyên với mặt bích đẩy bên ngoài và cốc có lỗ trung tâm ở cuối và hình khuyên. rôto trong mỗi mô-đun của cụm mang stato bao gồm một vỏ hình khuyên với một mặt bích lực đẩy bên trong, trong đó chèn từ tính hình khuyên tương ứng nói trên được lắp đặt, trong khi ống lót hình khuyên nói trên của các mô-đun của cụm ổ trục stato được liên kết với bên trong của chúng. thành bên hình trụ với một trong các gối đỡ đã đề cập, còn lại được liên kết với thành của các lỗ trung tâm ở các đầu của kính tương ứng được chỉ định, các vỏ hình trụ của rôto hình khuyên được liên kết cứng với trục đỡ bằng cách ốc vít và mạch từ hình khuyên trong mô-đun tương ứng của cụm ổ trục stato được gắn trên ống bọc hình khuyên đã chỉ định, được gắn chặt bằng mặt bích đẩy bên ngoài của nó vào thành hình trụ bên của ngăn xếp ana và tạo thành, cùng với phần sau, một khoang hình khuyên, trong đó đặt mạch từ hình khuyên tương ứng được chỉ định với các cuộn dây điện của cuộn dây phần ứng stato tương ứng được đặt.

4. Máy phát điện đồng bộ có kích từ nam châm vĩnh cửu theo một điểm bất kỳ trong số các điểm từ 1 đến 3, có đặc điểm là mỗi chốt nối vỏ hình khuyên của rôto hình khuyên với trục đỡ bao gồm một trung tâm lắp trên trục đỡ bằng mặt bích. được gắn chặt vào mặt bích đẩy bên trong của vỏ hình khuyên tương ứng.

5. Máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu theo điểm 4, có đặc điểm là dẫn động quay theo góc của các mô-đun của cụm sóng mang stato so với nhau được lắp bằng cụm giá đỡ trên các mô-đun của cụm sóng mang stato. .

6. Máy phát điện đồng bộ có kích từ nam châm vĩnh cửu theo điểm 5, có đặc điểm là bộ truyền động cho chuyển động quay theo góc so với nhau của các mô-đun của cụm giá đỡ stato được chế tạo dưới dạng cơ cấu trục vít với vít dẫn và một đai ốc, và cụm tham chiếu cho bộ truyền động quay theo góc của các mô-đun của cụm giá đỡ stato bao gồm một vấu đỡ được cố định trên một trong các cốc được đề cập và một thanh đỡ trên cốc còn lại, trong khi vít dẫn được nối với nhau bằng một hai -bản lề tầng ở một đầu thông qua trục song song với trục của trục đỡ đã đề cập, với thanh đỡ được chỉ định được làm với rãnh dẫn hướng nằm dọc theo cung tròn và đai ốc của cơ cấu trục vít được nối trục ở một đầu với vấu đã nói, được làm ở đầu kia với một chuôi đi qua rãnh dẫn hướng trong thanh đỡ và được cung cấp một bộ phận khóa.

Xin chân thành cảm ơn sự đóng góp của anh cho sự phát triển của nền khoa học và công nghệ nước nhà!

Máy điện đồng bộ có nam châm vĩnh cửu (điện từ) không có dây quấn kích thích trên rôto, từ thông kích từ được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu nằm trên rôto. Stato của những máy này có thiết kế thông thường, với cuộn dây hai hoặc ba pha.

Những máy này thường được sử dụng làm động cơ công suất nhỏ. Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ít được sử dụng hơn, chủ yếu là máy phát điện độc lập tăng tần số, công suất thấp và trung bình.

Động cơ điện từ đồng bộ. Các động cơ này được sử dụng rộng rãi trong hai thiết kế: với sự sắp xếp hướng tâm và dọc trục của nam châm vĩnh cửu.

Tại sắp xếp xuyên tâm nam châm vĩnh cửu, gói rôto có lồng khởi động, được làm ở dạng hình trụ rỗng, được cố định trên bề mặt ngoài của các cực rõ rệt của nam châm vĩnh cửu 3. Các khe liên cực được tạo trong hình trụ để ngăn từ thông nam châm vĩnh cửu đóng lại trong hình trụ này (Hình 23.1,).

Tại vị trí trục nam châm, thiết kế của rôto tương tự như thiết kế của rôto của động cơ không đồng bộ lồng sóc. Các nam châm vĩnh cửu dạng vòng được ép vào các đầu của rôto này (Hình 23.1, ).

Các thiết kế có vị trí dọc trục của nam châm được sử dụng trong động cơ đường kính nhỏ có công suất đến 100 W; thiết kế với sự sắp xếp hướng tâm của nam châm được sử dụng trong động cơ có đường kính lớn hơn với công suất lên đến 500 W hoặc hơn.

Các quá trình vật lý xảy ra trong quá trình khởi động không đồng bộ của các động cơ này có một số đặc thù nhất định do thực tế là động cơ điện từ được khởi động ở trạng thái kích thích. Trường của nam châm vĩnh cửu trong quá trình gia tốc của rôto tạo ra EMF trong cuộn dây stato
, tần số tăng tỷ lệ với tốc độ rôto. EMF này tạo ra dòng điện trong cuộn dây stato, dòng điện này tương tác với trường nam châm vĩnh cửu và tạo ra phanh khoảng khăc
, ngược chiều với chuyển động quay của rôto.

Cơm. 23.1. Động cơ đồng bộ từ trường điện từ với xuyên tâm (a) và

trục (b) sự sắp xếp của nam châm vĩnh cửu:

1 - stato, 2 - rôto lồng sóc, 3 - Nam châm vĩnh cửu

Do đó, khi tăng tốc động cơ nam châm vĩnh cửu, hai mômen không đồng bộ tác dụng lên rôto của nó (Hình 23.2):
(từ hiện tại , vào cuộn dây stato từ mạng) và hãm
(từ hiện tại cảm ứng trong cuộn dây stato bởi một từ trường vĩnh cửu).

Tuy nhiên, sự phụ thuộc của các mômen này vào tần số quay của rôto (trượt) là khác nhau: mômen cực đại
tương ứng với một tần số đáng kể (độ trượt nhỏ), và mômen phanh lớn nhất M T - tốc độ thấp (độ trượt lớn). Gia tốc của rôto xảy ra dưới tác dụng của mômen quay
, có sự "nhúng" đáng kể trong vùng tần số quay thấp. Từ các đường cong thể hiện trong hình, có thể thấy rằng ảnh hưởng của thời điểm
về các thuộc tính khởi động của động cơ, đặc biệt là tại thời điểm bắt đầu đồng bộ hóa M trong, nhiều.

Để đảm bảo động cơ khởi động đáng tin cậy, điều cần thiết là mô-men xoắn cực tiểu ở chế độ không đồng bộ
và thời điểm bước vào chủ nghĩa đồng bộ hóa M trong , lớn hơn thời điểm tải. Hình dạng của đường cong mômen không đồng bộ của từ trường

Hình 23.2. Đồ thị mô men không đồng bộ

động cơ đồng bộ từ điện

của động cơ phần lớn phụ thuộc vào điện trở hoạt động của tế bào khởi động và mức độ kích thích của động cơ, được đặc trưng bởi giá trị
, ở đâu E 0 - EMF của pha stato, được cảm ứng ở chế độ không tải khi rôto quay với tần số đồng bộ. Với sự gia tăng "thất bại" trong đường cong mô-men xoắn
tăng.

Quá trình điện từ trong động cơ đồng bộ kích từ về nguyên tắc tương tự như quá trình trong động cơ đồng bộ kích từ. Tuy nhiên, cần phải nhớ rằng nam châm vĩnh cửu trong máy điện từ là đối tượng khử từ do tác dụng của từ thông của phản ứng phần ứng. Cuộn dây khởi động phần nào làm suy yếu sự khử từ này, vì nó có tác dụng che chắn các nam châm vĩnh cửu.

Các đặc tính tích cực của động cơ đồng bộ điện từ là tăng tính ổn định của hoạt động ở chế độ đồng bộ và tính đồng nhất của tốc độ quay, cũng như khả năng quay một số động cơ được kết nối với một mạng trong pha. Những động cơ này có hiệu suất năng lượng tương đối cao (hiệu suất và
,).

Nhược điểm của động cơ đồng bộ điện từ là giá thành tăng so với các loại động cơ đồng bộ khác, do giá thành cao và phức tạp khi gia công nam châm vĩnh cửu làm từ hợp kim có lực cưỡng bức cao (alni, alnico, phóng đại, v.v.). Những động cơ này thường được sản xuất cho công suất thấp và được sử dụng trong chế tạo dụng cụ và trong các thiết bị tự động hóa để truyền động các cơ cấu yêu cầu tốc độ không đổi.

Điện từ đồng bộmáy phát điện trical. Rôto của máy phát điện như vậy được thực hiện ở công suất thấp dưới dạng "dấu sao" (Hình 23.3, một), ở công suất trung bình - với các cực hình móng vuốt và một nam châm vĩnh cửu hình trụ (Hình 23.3, b). Rôto vuốt cực giúp có thể có được máy phát điện có cực tản nhiệt, hạn chế dòng điện tăng trong trường hợp máy phát đoản mạch đột ngột. Dòng điện này gây nguy hiểm lớn cho nam châm vĩnh cửu do tác dụng khử từ mạnh của nó.

Ngoài những thiếu sót được lưu ý khi xem xét động cơ đồng bộ từ trường, máy phát điện có nam châm vĩnh cửu còn có một nhược điểm khác là do thiếu cuộn dây kích từ, và do đó việc điều chỉnh điện áp trong máy phát điện từ trường trên thực tế là không thể. Điều này khiến điện áp máy phát khó ổn định khi phụ tải thay đổi.

Hình 23.3. Rôto của máy phát điện đồng bộ điện từ:

1 - trục; 2 - Nam châm vĩnh cửu; 3 - cây sào; 4 - tay áo không từ tính

Máy phát điện Một thiết bị chuyển đổi một dạng năng lượng thành một dạng năng lượng khác.
Trong trường hợp này, chúng ta coi sự chuyển đổi cơ năng của chuyển động quay thành năng lượng điện.

Có hai loại máy phát điện như vậy. Đồng bộ và không đồng bộ.

Máy phát điện đồng bộ. Nguyên tắc hoạt động

Một tính năng đặc biệt của máy phát điện đồng bộ là kết nối chặt chẽ giữa tần số f EMF biến đổi gây ra trong cuộn dây stato và tốc độ rôto N, được gọi là tốc độ đồng bộ:

N = f/P

ở đâu P- số cặp cực của dây quấn stato và rôto.
Thông thường tốc độ quay được biểu thị bằng vòng / phút và tần số EMF tính bằng Hertz (1 / giây), thì đối với số vòng quay mỗi phút, công thức sẽ có dạng:

N = 60f/P

Trên hình. 1.1 trình bày sơ đồ chức năng của máy phát điện đồng bộ. Trên stato 1 có dây quấn ba pha, về cơ bản không khác dây quấn tương tự của máy điện không đồng bộ. Trên rôto, một nam châm điện có dây quấn kích thích 2 nằm trên rôto, được cấp điện bằng dòng điện một chiều, theo quy luật, thông qua các tiếp điểm trượt được tạo bởi hai vòng trượt nằm trên rôto và hai chổi quét cố định.
Trong một số trường hợp, trong thiết kế rôto của máy phát điện đồng bộ, nam châm vĩnh cửu có thể được sử dụng thay cho nam châm điện, khi đó không cần tiếp điểm trên trục, nhưng khả năng ổn định điện áp đầu ra bị hạn chế đáng kể.

Động cơ truyền động (PD), được sử dụng làm tuabin, động cơ đốt trong hoặc nguồn năng lượng cơ học khác, rôto máy phát được dẫn động với tốc độ đồng bộ. Trong trường hợp này, từ trường của nam châm điện rôto cũng quay với tốc độ đồng bộ và tạo ra EMF thay đổi trong cuộn dây stato ba pha. E MỘT , E Ban nhạc E C, có cùng giá trị và dịch chuyển cùng pha so với nhau bằng 1/3 chu kỳ (120 °), tạo thành hệ thống EMF ba pha đối xứng.

Với tải được kết nối với các cực của cuộn dây stato C1, C2 và C3, dòng điện xuất hiện trong các pha của cuộn dây stato Tôi MỘT , Tôi b, Tôi C, tạo ra một từ trường quay. Tần số quay của trường này bằng tần số quay của rôto máy phát. Như vậy, trong máy phát điện đồng bộ, từ trường stato và rôto quay đồng bộ. Giá trị tức thời của EMF của cuộn dây stato trong máy phát điện đồng bộ được coi là

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Đây: B- cảm ứng từ trong khe hở không khí giữa lõi stato và các cực rôto, T;
l- chiều dài hoạt động của một phía rãnh của cuộn dây stato, tức là chiều dài lõi stato, m;
w- số lượt;
v = πDn- tốc độ chuyển động thẳng của các cực rôto so với stato, m / s;
D- đường kính trong của lõi stato, m.

Công thức EMF cho thấy rằng ở tốc độ rôto không đổi N Hình dạng của đồ thị EMF biến thiên của cuộn dây phần ứng (stato) chỉ được xác định theo quy luật phân bố của cảm ứng từ. B trong khe hở giữa các cực của stato và rôto. Nếu đồ thị của cảm ứng từ trong khe hở là hình sin B = Bmax sinα, thì EMF của máy phát cũng sẽ có dạng hình sin. Trong máy điện đồng bộ, người ta luôn tìm cách thu được phân bố cảm ứng trong khe hở càng gần hình sin càng tốt.

Vì vậy, nếu khoảng trống không khí δ không đổi (Hình 1.2), thì cảm ứng từ B trong khe hở không khí được phân bố theo quy luật hình thang (đồ thị 1). Nếu các cạnh của các cực rôto được "vát" để khe hở ở các cạnh của các miếng cực bằng δ cực đại (như thể hiện trong Hình 1.2), khi đó đồ thị phân bố cảm ứng từ trong khe hở sẽ tiến tới một hình sin (đồ thị 2), và do đó, đồ thị của EMF cảm ứng trong cuộn dây máy phát sẽ tiến tới một hình sin. Tần số EMF của máy phát điện đồng bộ f(Hz) tỷ lệ với tốc độ rôto đồng bộ N(r / s)

ở đâu P là số cặp cực.
Trong máy phát điện đang được xem xét (xem Hình 1.1) có hai cực, tức là P = 1.
Để thu được EMF có tần số công nghiệp (50 Hz) trong máy phát điện như vậy, rôto phải được quay với tần số N= 50 vòng / phút ( N= 3000 vòng / phút).

Các cách kích thích máy phát điện đồng bộ

Cách phổ biến nhất để tạo ra từ thông chính của máy phát điện đồng bộ là kích thích điện từ, bao gồm việc đặt một cuộn dây kích từ lên các cực của rôto, khi có dòng điện một chiều chạy qua sẽ xuất hiện MMF, tạo ra từ trường trong máy phát điện. Cho đến gần đây, để cung cấp năng lượng cho cuộn dây trường, chủ yếu là các máy phát điện một chiều kích từ độc lập đặc biệt, được gọi là máy kích từ, được sử dụng. TẠI(Hình 1.3, a). Kích thích quanh co ( OV) được cung cấp bởi một máy phát điện khác (kích thích song song) được gọi là một subexciter ( PV). Rôto của máy phát điện đồng bộ, máy kích từ và máy phát điện phụ nằm trên một trục chung và quay đồng thời. Trong trường hợp này, dòng điện đi vào cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ thông qua các vành trượt và chổi than. Để điều khiển dòng điện kích từ, người ta sử dụng các bộ điều chỉnh lưu biến, được bao gồm trong mạch kích từ của bộ kích từ. r 1 và subexciter r 2. Trong máy phát điện đồng bộ có công suất trung bình và cao, quá trình điều chỉnh dòng điện kích từ được tự động hóa.

Trong máy phát điện đồng bộ cũng đã sử dụng hệ thống kích từ điện từ không tiếp xúc, trong máy phát điện đồng bộ không có các vành trượt trên rôto. Trong trường hợp này, máy phát điện xoay chiều đồng bộ đảo chiều được sử dụng làm máy kích từ. TẠI(Hình 1.3, b). Cuộn dây ba pha 2 máy kích thích, trong đó EMF biến đổi được cảm ứng, nằm trên rôto và quay cùng với cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ và kết nối điện của chúng được thực hiện thông qua bộ chỉnh lưu quay 3 trực tiếp, không có vòng trượt và bàn chải. Nguồn cung cấp DC của cuộn dây trường 1 exciter B được thực hiện từ subexciter PV- Máy phát điện một chiều. Sự vắng mặt của các tiếp điểm trượt trong mạch kích từ của máy phát điện đồng bộ làm cho nó có thể tăng độ tin cậy và hiệu quả hoạt động của nó.

Trong máy phát điện đồng bộ, bao gồm cả máy phát điện thủy, nguyên tắc tự kích từ đã trở nên phổ biến (Hình 1.4, a), khi năng lượng xoay chiều cần thiết cho kích từ được lấy từ cuộn dây stato của máy phát điện đồng bộ và thông qua máy biến áp hạ bậc và bộ chỉnh lưu. bộ chuyển đổi bán dẫn PP chuyển đổi sang nguồn DC. Nguyên tắc tự kích thích dựa trên thực tế là kích từ ban đầu của máy phát điện xảy ra do từ tính dư của máy.

Trên hình. 1.4, b trình bày sơ đồ khối của hệ thống tự kích từ tự động của máy phát điện đồng bộ ( SG) với máy biến áp chỉnh lưu ( WT) và bộ chuyển đổi thyristor ( TP.), qua đó nguồn điện xoay chiều từ mạch stato SG sau khi chuyển đổi thành dòng điện một chiều, nó được đưa vào dây quấn kích thích. Bộ biến đổi thyristor được điều khiển bởi bộ điều khiển kích từ tự động ARV, đầu vào nhận tín hiệu điện áp ở đầu vào SG(qua máy biến điện áp TN) và tải hiện tại SG(từ máy biến dòng TT). Mạch chứa một khối bảo vệ ( BZ), cung cấp bảo vệ cho cuộn dây kích từ ( OV) chống quá áp và quá tải hiện tại.

Công suất kích từ thường nằm trong khoảng từ 0,2% đến 5% công suất sử dụng (giá trị thấp hơn áp dụng cho máy phát điện lớn).
Trong máy phát điện công suất thấp người ta sử dụng nguyên lý kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nằm trên rôto của máy. Phương pháp kích từ này có khả năng cứu máy phát khỏi cuộn dây kích từ. Kết quả là, thiết kế của máy phát điện được đơn giản hóa rất nhiều, trở nên kinh tế và đáng tin cậy hơn. Tuy nhiên, do chi phí cao của vật liệu để sản xuất nam châm vĩnh cửu với nguồn cung cấp năng lượng từ trường lớn và sự phức tạp của quá trình xử lý chúng, nên việc sử dụng kích từ nam châm vĩnh cửu chỉ giới hạn ở các máy có công suất không quá vài kilowatt.

Máy phát điện đồng bộ hình thành nền tảng của ngành công nghiệp điện, vì hầu hết điện trên thế giới được tạo ra bởi các máy phát điện turbo hoặc thủy điện đồng bộ.
Ngoài ra, máy phát điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi như một phần của hệ thống lắp đặt hoặc trạm điện cố định và di động hoàn chỉnh với động cơ diesel và xăng.

máy phát điện không đồng bộ. Sự khác biệt so với đồng bộ

Về cơ bản, máy phát điện không đồng bộ khác với máy phát điện đồng bộ ở chỗ không có mối quan hệ chặt chẽ giữa tốc độ rôto và EMF được tạo ra. Sự khác biệt giữa các tần số này được đặc trưng bởi hệ số S- trượt.

s = (n - nr) / n

đây:
N- tần số quay của từ trường (tần số EMF).
n r- tần số quay của rôto.

Bạn có thể tham khảo thêm chi tiết về cách tính độ trượt và tần số trong bài viết: máy phát điện không đồng bộ. Tính thường xuyên .

Ở chế độ bình thường, trường điện từ của máy phát điện không đồng bộ có tải tác dụng mômen hãm lên quay của rôto, do đó tần số thay đổi của từ trường ít hơn nên độ trượt sẽ âm. Máy phát điện hoạt động trong vùng trượt dương bao gồm máy phát tốc độ không đồng bộ và máy biến tần.

Máy phát điện không đồng bộ tùy theo điều kiện sử dụng cụ thể mà chế tạo rôto lồng sóc, pha hoặc rôto rỗng. Các nguồn hình thành năng lượng kích thích cần thiết của rôto có thể là tụ điện tĩnh hoặc bộ biến đổi van có van đóng cắt nhân tạo.

Máy phát điện không đồng bộ có thể được phân loại theo phương pháp kích từ, bản chất của tần số đầu ra (thay đổi, không đổi), phương pháp ổn định điện áp, vùng làm việc trượt, thiết kế và số pha.
Hai tính năng cuối cùng mô tả các tính năng thiết kế của máy phát điện.
Bản chất của tần số đầu ra và các phương pháp ổn định điện áp phần lớn được xác định bởi cách tạo ra từ thông.
Phân loại theo phương pháp kích thích là chính.

Có thể coi máy phát điện tự kích từ và kích từ độc lập.

Tự kích thích trong máy phát điện không đồng bộ có thể được tổ chức:
a) sử dụng tụ điện đi kèm trong mạch stato hoặc rôto hoặc đồng thời trong mạch sơ cấp và mạch thứ cấp;
b) bằng bộ chuyển đổi van với sự chuyển mạch tự nhiên và nhân tạo của van.

Có thể thực hiện kích từ độc lập từ nguồn điện áp xoay chiều bên ngoài.

Theo bản chất của tần số, máy phát điện tự kích thích được chia thành hai nhóm. Đầu tiên trong số chúng bao gồm các nguồn có tần số thực tế không đổi (hoặc không đổi), tần số thay đổi thứ hai (có thể điều chỉnh). Loại thứ hai được sử dụng để cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ có tốc độ thay đổi nhịp nhàng.

Dự kiến ​​sẽ xem xét chi tiết hơn về nguyên lý hoạt động và tính năng thiết kế của máy phát điện không đồng bộ trong các ấn phẩm riêng.

Máy phát điện không đồng bộ không yêu cầu các thành phần phức tạp trong thiết kế để tổ chức kích từ một chiều hoặc sử dụng các vật liệu đắt tiền với nguồn cung cấp năng lượng từ trường lớn, do đó chúng được người sử dụng lắp đặt điện di động sử dụng rộng rãi do tính đơn giản và dễ bảo trì. Chúng được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị không yêu cầu ràng buộc cứng nhắc về tần số hiện tại.
Ưu điểm kỹ thuật của máy phát điện không đồng bộ có thể được công nhận là khả năng chống quá tải và ngắn mạch.
Một số thông tin về tổ máy phát điện di động có thể được tìm thấy trên trang:
Máy phát điện chạy dầu diesel.
máy phát điện không đồng bộ. Đặc trưng .
máy phát điện không đồng bộ. Sự ổn định.

Nhận xét và đề xuất được chấp nhận và chào đón!

Máy phát điện đồng bộ

với nam châm vĩnh cửu kích thích

(phát triển năm 2012)

Máy phát điện được đề xuất theo nguyên lý hoạt động là máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu. Nam châm thành phần NeFeB tạo ra từ trường có cảm ứng 1,35 Tl, nằm xung quanh chu vi của rôto với các cực xen kẽ.

E bị kích thích trong các cuộn dây của máy phát điện. ds, biên độ và tần số của chúng được xác định bởi tốc độ quay của rôto máy phát.

Thiết kế của máy phát điện không chứa bộ góp với các tiếp điểm có thể ngắt được. Máy phát điện cũng không có cuộn dây kích từ tiêu thụ thêm dòng điện.

Ưu điểm của máy phát điện của thiết kế đề xuất:

1. Nó có tất cả các tính năng tích cực của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu:

1) thiếu bàn chải bộ sưu tập hiện tại,

2) thiếu dòng kích từ.

2. Hầu hết các máy phát điện tương tự được sản xuất hiện nay cùng công suất đều có thông số khối lượng và kích thước lớn hơn từ 1,5 - 3 lần.

3. Tốc độ quay định mức của trục máy phát - 1600 Về./min. Nó tương ứng với tốc độ quay của truyền động diesel tốc độ thấp. Do đó, khi chuyển các nhà máy điện riêng lẻ từ động cơ xăng sang động cơ diesel bằng máy phát điện của chúng tôi, người tiêu dùng sẽ tiết kiệm được nhiên liệu đáng kể và do đó, chi phí cho mỗi kilowatt giờ sẽ giảm xuống.

4. Máy phát điện có mômen khởi động nhỏ (nhỏ hơn 2 N × m), tức là để khởi động, công suất truyền động chỉ 200 Thứ ba, và có thể khởi động máy phát điện từ chính động cơ diesel khi khởi động, ngay cả khi không có ly hợp. Động cơ thị trường tương tự có giai đoạn tăng tốc để tạo ra dự trữ năng lượng khi khởi động máy phát điện, do động cơ xăng chạy ở chế độ thiếu hụt công suất khi khởi động.

5. Với độ tin cậy 90%, tài nguyên máy phát là 92 nghìn giờ (10,5 năm hoạt động không ngừng nghỉ). Chu kỳ hoạt động của động cơ truyền động giữa các lần đại tu, được công bố bởi các nhà sản xuất (cũng như các sản phẩm tương tự trên thị trường của máy phát điện) là 25 - 40 nghìn giờ. Đó là, máy phát điện của chúng tôi về độ tin cậy thời gian hoạt động vượt quá độ tin cậy của động cơ nối tiếp và máy phát điện 2-3 lần.

6. Dễ dàng sản xuất và lắp ráp máy phát điện - địa điểm lắp ráp có thể là một xưởng thợ khóa để sản xuất hàng loạt và quy mô nhỏ.

7. Dễ dàng thích ứng máy phát điện với điện áp đầu ra AC:

1) 36 TẠI, tần số 50-400 Hz

2) 115 TẠI, tần số 50-400 Hz(nhà máy điện sân bay);

3) 220 TẠI, tần số 50-400 Hz;

4) 380 TẠI, tần số 50-400 Hz.

Thiết kế cơ bản của máy phát điện cho phép bạn điều chỉnh sản phẩm được sản xuất theo các tần số khác nhau và điện áp khác nhau mà không cần thay đổi thiết kế.

8. An toàn cháy nổ cao. Máy phát điện được đề xuất không thể trở thành nguồn gây cháy ngay cả khi có ngắn mạch trong mạch tải hoặc trong các cuộn dây, điều này vốn có trong thiết kế của hệ thống. Điều này rất quan trọng khi sử dụng máy phát điện cho nhà máy điện trên tàu trong không gian hạn chế của tàu nước, máy bay, cũng như xây dựng nhà ở bằng gỗ tư nhân, v.v.

9. Tiếng ồn thấp.

10. Khả năng bảo trì cao.

0,5 thông số máy phát điện kW

Các thông số của máy phát điện có công suất 2,5 kW

CÁC KẾT QUẢ:

Máy phát điện được đề xuất có thể được sản xuất để sử dụng trong các tổ máy phát điện có tốc độ trục 1500-1600 vòng / phút. - trong các nhà máy điện diesel, xăng và máy phát điện hơi nước cho mục đích sử dụng cá nhân hoặc trong các hệ thống năng lượng địa phương. Được ghép nối với hệ số nhân, bộ chuyển đổi năng lượng cơ điện cũng có thể được sử dụng để tạo ra điện trong các hệ thống máy phát tốc độ thấp, chẳng hạn như trang trại gió, nhà máy điện sóng, v.v. bằng bất kỳ nguồn điện nào. Đó là, phạm vi của bộ chuyển đổi cơ điện làm cho phức hợp được đề xuất (hệ số nhân-máy phát) trở nên phổ biến. Trọng lượng, kích thước và các thông số điện khác được đưa ra trong văn bản mang lại cho thiết kế đề xuất một lợi thế cạnh tranh rõ ràng trên thị trường so với các thiết bị tương tự.

Các nguyên tắc sản xuất cơ bản của thiết kế có khả năng sản xuất cao, về cơ bản không yêu cầu công viên máy chính xác và tập trung vào sản xuất hàng loạt hàng loạt. Kết quả là, thiết kế sẽ có chi phí sản xuất hàng loạt thấp.

Dmitry Levkin

Sự khác biệt chính giữa động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là rôto. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng PMSM có nhiều hơn khoảng 2% so với động cơ cảm ứng hiệu suất cao (IE3), miễn là stator có cùng thiết kế và cùng được sử dụng để điều khiển. Đồng thời, động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu so với các động cơ điện khác có các chỉ số tốt nhất: công suất / khối lượng, mômen / quán tính, v.v.

Cấu tạo và các loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, giống như bất kỳ động cơ nào, bao gồm một rôto và một stato. Stato là phần cố định, rôto là phần quay.

Thông thường rôto nằm bên trong stato của động cơ điện, cũng có những thiết kế với rôto bên ngoài - động cơ điện kiểu ngược.

Kiểu dáng của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu: bên trái - tiêu chuẩn, bên phải - đảo chiều.

Rotor bao gồm nam châm vĩnh cửu. Vật liệu có lực cưỡng chế cao được dùng làm nam châm vĩnh cửu.

Theo thiết kế của rôto, động cơ đồng bộ được chia thành:

Một động cơ cực thuận có điện cảm bằng nhau dọc theo trục dọc và trục ngang L d \ u003d L q, trong khi đối với động cơ cực thuận, điện cảm ngang không bằng L q ≠ L d.

Tiết diện của rôto với tỷ lệ Ld / Lq khác nhau. Nam châm được hiển thị bằng màu đen. Hình e, f thể hiện rô to xếp lớp theo trục, hình c và h thể hiện rô to có thanh chắn.

Ngoài ra, theo thiết kế của rôto, SDPM được chia thành:
• động cơ đồng bộ bề mặt được gắn nam châm vĩnh cửu
  (Tiếng Anh SPMSM - động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bề mặt) ;
• động cơ đồng bộ tích hợp sẵn(kết hợp) nam châm
  (Tiếng Anh IPMSM - động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên trong).

Rotor của động cơ đồng bộ với nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt

Rotor của động cơ đồng bộ có nam châm tích hợp

stato gồm thân và lõi có dây quấn. Các thiết kế phổ biến nhất với cuộn dây hai và ba pha.

Tùy thuộc vào thiết kế của stato, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể là:
• với cuộn dây phân tán;
• với cuộn dây tập trung.

Được phân phối gọi như vậy là dây quấn, trong đó số khe trên mỗi cực và pha Q = 2, 3, ...., k.

Tập trung họ gọi là cuộn dây như vậy, trong đó số rãnh trên mỗi cực và pha Q \ u003d 1. Trong trường hợp này, các rãnh cách đều nhau xung quanh chu vi của stato. Hai cuộn dây tạo thành cuộn dây có thể được mắc nối tiếp hoặc song song. Nhược điểm chính của các cuộn dây như vậy là không thể ảnh hưởng đến hình dạng của đường cong EMF.

Sơ đồ của một cuộn dây phân phối ba pha

Sơ đồ của một cuộn dây gộp ba pha

Hình thức của emf trở lạiđộng cơ điện có thể là:
• hình thang;
• hình sin.

Hình dạng của đường cong EMF trong dây dẫn được xác định bởi đường cong phân bố của cảm ứng từ trong khe hở xung quanh chu vi stato.

Biết rằng cảm ứng từ trong khe hở dưới cực âm của rôto có dạng hình thang. EMF cảm ứng trong vật dẫn có cùng dạng. Nếu cần tạo EMF hình sin, thì các miếng cực được định hình sao cho đường cong phân bố cảm ứng sẽ gần với hình sin. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi các góc xiên của các miếng cực của rôto.

Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ dựa trên tương tác của stato và từ trường không đổi của rôto.

Chạy

Ngừng lại

Từ trường quay của động cơ đồng bộ

Theo đó, từ trường của rôto tương tác với dòng điện xoay chiều đồng bộ của các cuộn dây stato, làm cho rôto quay ().

Nam châm vĩnh cửu nằm trên rôto PMSM tạo ra một từ trường không đổi. Ở tốc độ quay đồng bộ của rôto với từ trường stato, các cực của rôto liên kết với từ trường quay của stato. Về vấn đề này, PMSM không thể tự khởi động khi nó được kết nối trực tiếp với mạng dòng điện ba pha (tần số dòng điện trong mạng là 50 Hz).

Điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu yêu cầu một hệ thống điều khiển, chẳng hạn như bộ truyền động servo. Đồng thời, có một số lượng lớn các cách để kiểm soát các hệ thống kiểm soát được thực hiện. Việc lựa chọn phương pháp điều khiển tối ưu chủ yếu phụ thuộc vào nhiệm vụ được đặt ra cho truyền động điện. Các phương pháp điều khiển chính của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được trình bày trong bảng dưới đây.

Các cách phổ biến để điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Để giải quyết các vấn đề đơn giản, điều khiển hình thang bằng cảm biến Hall thường được sử dụng (ví dụ, quạt máy tính). Đối với các ứng dụng yêu cầu hiệu suất tối đa từ biến tần, điều khiển hướng trường thường được chọn.

Điều khiển hình thang

Một trong những phương pháp đơn giản nhất để điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là điều khiển hình thang. Điều khiển hình thang được sử dụng để điều khiển PMSM với EMF hình thang trở lại. Đồng thời, phương pháp này cũng cho phép bạn điều khiển PMSM với EMF lùi hình sin, nhưng khi đó mô-men xoắn trung bình của ổ điện sẽ thấp hơn 5% và gợn mô-men xoắn sẽ là 14% giá trị lớn nhất. Có điều khiển hình thang không có phản hồi và có phản hồi về vị trí của rôto.

Điều khiển không có phản hồi không phải là tối ưu và có thể dẫn đến PMSM vượt ra khỏi chủ nghĩa đồng bộ, tức là mất kiểm soát.

Điều khiển với phản hồi có thể được chia thành:
• điều khiển hình thang bằng cảm biến vị trí (thường bằng cảm biến Hall);
• điều khiển hình thang không có bộ mã hóa (điều khiển hình thang không cảm biến).

Là một cảm biến vị trí rôto trong điều khiển hình thang của PMSM ba pha, ba cảm biến Hall tích hợp trong động cơ điện thường được sử dụng, cho phép bạn xác định góc với độ chính xác ± 30 độ. Với điều khiển này, vectơ dòng điện stato chỉ chiếm sáu vị trí trong mỗi chu kỳ điện, dẫn đến gợn sóng mô-men xoắn ở đầu ra.

Có hai cách để xác định vị trí của rôto:
• bằng cảm biến vị trí;
• không cảm biến - bằng cách tính toán góc theo thời gian thực bởi hệ thống điều khiển dựa trên thông tin có sẵn.

Điều khiển hướng trường PMSM bằng cảm biến vị trí

Các loại cảm biến sau được sử dụng làm cảm biến góc:
• cảm ứng: biến áp xoay sin-côsin (SKVT), reductosin, inductosin, v.v ...;
• quang học;
• từ tính: cảm biến từ trở.

Điều khiển theo hướng trường của PMSM mà không cần bộ mã hóa

Do sự phát triển nhanh chóng của các bộ vi xử lý từ những năm 1970, các phương pháp vectơ không cảm biến để điều khiển AC không chổi than bắt đầu được phát triển. Các phương pháp phát hiện góc không cảm biến đầu tiên dựa trên đặc tính của động cơ điện để tạo ra EMF ngược trong quá trình quay. EMF phía sau của động cơ chứa thông tin về vị trí của rôto, vì vậy bằng cách tính giá trị của EMF phía sau trong hệ tọa độ tĩnh, bạn có thể tính được vị trí của rôto. Nhưng khi rôto không chuyển động, không có EMF lùi và ở tốc độ thấp, EMF lùi có biên độ nhỏ, rất khó phân biệt với tiếng ồn, vì vậy phương pháp này không phù hợp để xác định vị trí của rôto động cơ tại tốc độ thấp.

Có hai tùy chọn phổ biến để khởi chạy PSDM:
• kích hoạt vô hướng - kích hoạt trên đặc tính điện áp so với tần số xác định trước. Nhưng điều khiển vô hướng hạn chế rất nhiều khả năng của hệ thống điều khiển và các tham số của truyền động điện nói chung;
• - chỉ hoạt động với PMSM trong đó rôto có các cực rõ rệt.

Hiện tại, chỉ có thể áp dụng cho động cơ có rôto với các cực rõ ràng.