Bezkontaktné synchrónne generátory s permanentnými magnetmi (SGPM) majú jednoduchý elektrický obvod, nespotrebúvajú energiu na budenie a majú zvýšenú účinnosť, sú vysoko spoľahlivé, sú menej citlivé na pôsobenie reakcie kotvy ako bežné stroje, ich nevýhody sú spojené s nízkymi regulačnými vlastnosťami v dôsledku skutočnosti, že pracovný tok permanentných magnetov nemožno meniť v širokých medziach. V mnohých prípadoch však táto vlastnosť nie je rozhodujúca a nebráni ich širokému rozšíreniu.

Väčšina v súčasnosti používaných CVPM má magnetický systém s permanentnými magnetmi, ktoré sa otáčajú. Preto sa magnetické systémy od seba líšia najmä konštrukciou rotora (induktora). Stator SGPM má takmer rovnakú konštrukciu ako klasické AC stroje, zvyčajne obsahuje valcový magnetický obvod zostavený z plechov elektroocele, na vnútornom povrchu ktorého sú drážky pre umiestnenie vinutia kotvy. Na rozdiel od bežných synchrónnych strojov je pracovná medzera medzi statorom a rotorom v SGPM zvolená tak, aby bola minimálna, na základe technologických možností. Konštrukcia rotora je do značnej miery určená magnetickými a technologickými vlastnosťami tvrdého magnetického materiálu.

Rotor s valcovým magnetom

Najjednoduchší je rotor s monolitickým valcovým prstencovým magnetom (obr. 5.9, A). Magnet 1 je vyrobený z liateho materiálu a je pripevnený k hriadeľu pomocou objímky 2, napríklad z hliníkovej zliatiny. Magnetizácia magnetu sa vykonáva v radiálnom smere na viacpólovom magnetizačnom zariadení. Pretože mechanická pevnosť magnetov je nízka, vysoká lineárne rýchlosti Magnet je umiestnený v plášti (obväze) z nemagnetického materiálu.

Typ rotora s valcovým magnetom je prefabrikovaný rotor vyrobený z jednotlivých segmentov 1 z nemagnetického oceľového plášťa 3 (obr. 5.9, b). Zmagnetizované radiálne segmentované magnety 1 sú umiestnené na objímke 2 z magnetickej ocele a upevnené akýmkoľvek spôsobom, napríklad pomocou lepidla. Generátory s rotorom tejto konštrukcie, keď je magnet stabilizovaný vo voľnom stave, majú tvar EMF krivky blízky sínusoide. Výhodou rotorov s cylindrickým magnetom je jednoduchosť a vyrobiteľnosť konštrukcie. Nevýhoda - malé využitie objemu magnetu v dôsledku krátkej dĺžky strednej siločiary pólu h A. S rastúcim počtom pólov hodnota h a využitie objemu magnetu sa zmenšuje a zhoršuje.

Obrázok 5.9 - Rotory s valcový magnet: a - monolitický, b - prefabrikovaný

Rotory s hviezdicovým magnetom

V SGPM s výkonom do 5 kVA sú široko používané hviezdicové rotory s výraznými pólmi bez pólových nástavcov (obr. 5.10, Obr. A). V tomto prevedení je hviezdicový magnet často pripevnený k hriadeľu vyplnením nemagnetickou zliatinou 2. Magnet je možné pripevniť aj priamo na hriadeľ. Na zníženie demagnetizačného účinku reakčného poľa kotvy pri skratovom rázovom prúde na rotore sa v niektorých prípadoch predpokladá tlmiaci systém 3, ktorý sa spravidla uskutočňuje naplnením rotora hliníkom. Pri vysokých rýchlostiach otáčania sa na magnet pritlačí nemagnetický obväz.

Pri preťažení generátora však môže priečna reakcia kotvy spôsobiť asymetrické prevrátenie magnetizácie okrajov pólov. Takéto obrátenie magnetizácie skresľuje tvar poľa v pracovnej medzere a tvar krivky EMF.

Jedným zo spôsobov, ako znížiť vplyv poľa kotvy na pole magnetu, je použitie pólových nástavcov vyrobených z mäkkej magnetickej ocele. Zmenou šírky pólových nástavcov (úpravou zvodového toku pólov) možno dosiahnuť optimálne využitie magnetu. Okrem toho je možné zmenou konfigurácie pólových nástavcov získať požadovaný tvar poľa v prevádzkovej medzere generátora.

Na obr. 5.10, b je znázornená konštrukcia zostaveného hviezdicového rotora s prizmatickými permanentnými magnetmi s pólovými nástavcami. Radiálne magnetizované magnety 1 sú namontované na objímke 2 vyrobenej z mäkkého magnetického materiálu. Na póle magnetov sú nad sebou 3 pólové nástavce vyrobené z magnetickej ocele. Poskytnúť mechanická pevnosť ba

Obrázok 5.10 - Hviezdicové rotory: a - bez pólových nástavcov; b - prefabrikované s pólovými topánkami

Ramená sú privarené k nemagnetickým vložkám 4, ktoré tvoria obväz. Medzery medzi magnetmi môžu byť vyplnené hliníkovou zliatinou alebo zmesou.

Medzi nevýhody hviezdicových rotorov s pólovými nástavcami patrí zložitosť konštrukcie a znížené vypĺňanie objemu rotora magnetmi.

Rotory s pazúrovitými pólmi.

V generátoroch s Vysoké číslo póly Konštrukcia rotora s pazúrovitými pólmi je široko používaná. Rotor v tvare klinca (obr. 5.11) obsahuje valcový magnet 1, magnetizovaný v axiálnom smere, umiestnený na nemagnetickej objímke 2. Konce magnetu priliehajú k prírubám 3 a 4 s mäkkými magnetickými oceľami a majú čeľusť -tvarované výčnelky, ktoré tvoria póly. Všetky výkony ľavej príruby sú severné póly, a výčnelky pravej príruby sú južné. Prírubové výstupky sa striedajú po obvode rotora a tvoria tak viacpólový budiaci systém. Výkon generátora sa môže výrazne zvýšiť, ak používate modulárny princíp, umiestnením niekoľkých magnetov s pazúrovitými pólmi na hriadeľ.

Nevýhody rotorov s pazúrikovým typom sú: relatívna zložitosť konštrukcie, obtiažnosť magnetizácie magnetu v zostavenom rotore, veľké únikové toky, konce výčnelkov sa môžu ohýbať pri vysokých rýchlostiach otáčania a existovala miera plnenia. objem rotora s magnetom.

Existujú konštrukcie rotorov s rôzne kombinácie PM: so sériovým a paralelným zapojením magnetov MRS, s reguláciou napätia vďaka axiálnemu pohybu rotora voči statoru, systém pre spoločné riadenie budenia PMSG z PM a paralelne pracujúce elektromagnetické vinutie atď. Pre bezprevodové veterné elektrické inštalácie najlepšie riešenie je použitie SGPM multi-

Obrázok 5.11 - Rotor typu Claw

tyčový dizajn. V Nemecku, na Ukrajine av iných krajinách sú skúsenosti s vývojom a používaním nízkootáčkových generátorov pre bezprevodové veterné turbíny s rýchlosťou otáčania 125-375 ot./min.

Vzhľadom na hlavnú požiadavku na bezprevodovú veternú turbínu – mať nízku rýchlosť otáčania generátora – sú rozmery a hmotnosť SGPM nadhodnotené v porovnaní s vysokorýchlostnými generátormi s približne rovnakým výkonom. Skriňa 1 (obr. 5.12) obsahuje klasický stator 2 s vinutím 3. Rotor (induktor) 4 s neodymovo-železo-bórovými platňami 5 nalepenými na vonkajšom povrchu je namontovaný na hriadeli 6 s ložiskami 7. Skriňa 1 je upevnená na základňa 8 je spojená s nosičom veternej turbíny a rotor 4 je spojený s hriadeľom veternej turbíny (nie je znázornené na obr. 5.12).

Pri nízkych rýchlostiach vetra je potrebné pre veterné turbíny použiť generátory s nízkou rýchlosťou otáčania. V tomto prípade systém často nemá prevodovku a náprava je priamo spojená s nápravou elektrický generátor. To vyvoláva problém získania dostatočne vysokého výstupného napätia a elektrickej energie. Jedným zo spôsobov, ako to vyriešiť, je viacpólový elektrický generátor s rotorom, ktorý je dostatočne veľký priemer. Rotor elektrického generátora môže byť vyrobený pomocou permanentných magnetov. Elektrický generátor s rotorom s permanentným magnetom nemá komutátor a kefy, ktoré

Obrázok 5.12 - Konštrukčný diagram SGPM pre veternú turbínu bez prevodu: 1- kryt; 2 - stator; 3 - vinutie; 4 - rotor; 5 - dosky s permanentnými magnetmi s Nd-Fe-B; 6 - hriadeľ; 7 - ložiská; 8 - základňa

výrazne zvyšuje jeho spoľahlivosť a prevádzkovú dobu bez údržby a opráv.

Elektrický generátor s rotorom s permanentným magnetom možno postaviť podľa rôzne schémy, ktoré sa navzájom líšia všeobecným usporiadaním vinutí a magnetov. Na rotore generátora sú umiestnené magnety so striedavou polaritou. Vinutia so striedavým smerom vinutia sú umiestnené na statore generátora. Ak sú rotor a stator koaxiálne disky, potom sa tento typ generátora nazýva axiálny alebo disk (obr. 5.13).

Ak sú rotor a stator koaxiálne koaxiálne valce, potom sa tento typ generátora nazýva radiálny alebo valcový (obr. 5.14). V generátore radiálneho typu môže byť rotor vnútorný alebo vonkajší voči statoru.

Obrázok 5.13 - Zjednodušená schéma elektrického generátora s rotorom s permanentným magnetom axiálneho (diskového) typu

Obrázok 5.14 - Zjednodušená schéma elektrického generátora s rotorom radiálneho (valcového) typu s permanentným magnetom

Dôležitou vlastnosťou synchrónnych generátorov s PM v porovnaní s klasickými synchrónnymi generátormi je náročnosť regulácie výstupného napätia a jeho stabilizácie. Ak je u bežných synchrónnych strojov možné plynulo regulovať pracovný prietok a napätie zmenou budiaceho prúdu, tak pri strojoch s permanentnými magnetmi to nie je možné, keďže prietok F je v rámci daného spätného vedenia a mení sa nepatrne. Na reguláciu a stabilizáciu napätia synchrónnych generátorov s permanentnými magnetmi je potrebné použiť špeciálne metódy.

Jeden z možné spôsoby stabilizácia napätia synchrónnych generátorov - zavedenie kapacitných prvkov do vonkajšieho elektrického obvodu generátora, čo prispieva k vzniku pozdĺžnej magnetizačnej reakcie kotvy. Vonkajšie charakteristiky generátory sa s kapacitným charakterom záťaže menia málo a môžu dokonca obsahovať rastúce sekcie. Kondenzátory, ktoré zabezpečujú kapacitný charakter záťaže, sú zapojené do série priamo so záťažovým obvodom (obr. 5.15, Obr. A) alebo cez nízkonapäťový transformátor, ktorý umožňuje znížiť hmotnosť kondenzátorov zvýšením ich prevádzkového napätia a znížením prúdu (obr. S.1S, b). Paralelne s kruhom generátora je možné pripojiť aj kondenzátor (obr. 5.15, e).

Obrázok 5.15 - zaradenie stabilizačných kondenzátorov do okruhu synchrónneho generátora s permanentnými magnetmi

Dobrá stabilizácia výstupného napätia generátora s PM sa dá dosiahnuť použitím rezonančného obvodu s kapacitou C a saturačnej tlmivky L. Obvod je pripojený paralelne k záťaži, ako je znázornené na obr. 5.16, A v jednofázovom obraze. V dôsledku nasýtenia tlmivky sa jej indukčnosť s rastúcim prúdom znižuje a závislosť napätia na tlmivke od prúdu tlmivky je nelineárna (obr. 5.16, b). Zároveň je závislosť napätia na kapacite od prúdu lineárna. V bode priesečníka kriviek a , čo zodpovedá menovitému napätiu generátora

Obrázok 5.16 - stabilizácia napätia synchrónneho generátora s permanentnými magnetmi pomocou rezonančného obvodu: a - schéma zapojenia obvodu; b - charakteristika prúdu a napätia (b)

torus, v obvode dochádza k rezonancii prúdu, to znamená, že jalový prúd nevstupuje do obvodu zvonku.

Ak sa napätie zníži, potom, ako je zrejmé z obr. 4,15, b, keď máme , to znamená, že obvod odoberá kapacitný prúd z generátora. Pozdĺžna magnetizačná reakcia kotvy, ktorá sa v tomto prípade vyskytuje, prispieva k rastu U . Ak, potom obvod odoberá aj indukčný prúd z generátora. Pozdĺžna demagnetizačná reakcia kotvy vedie k poklesu U.

V niektorých prípadoch sa na stabilizáciu napätia generátorov používajú saturačné tlmivky (SC), ktoré sú magnetizované jednosmerným prúdom zo systému regulácie napätia. Pri znižovaní napätia regulátor zvyšuje magnetizačný prúd v tlmivke, jej indukčnosť klesá v dôsledku nasýtenia jadra, znižuje sa účinok pozdĺžnej demagnetizačnej reakcie kotvy, ako aj úbytok napätia na DN, čo pomáha obnoviť výstup. napätie generátora.

Reguláciu a stabilizáciu napätia generátorov s PM je možné efektívne vykonávať pomocou polovodičového meniča, v každej fáze ktorého sú dva k sebe zaradené tyristory. Každá polvlna krivky napätia pred meničom zodpovedá napätiu v priepustnom smere na jednom z tyristorov. Ak riadiaci systém vyšle signály na zapnutie tyristorov s určitým oneskorením, ktoré zodpovedá riadiacemu uhlu. Keď sa napätie za meničom zvyšuje, znižuje sa, keď napätie na svorkách generátora klesá, uhol sa zmenšuje, takže napätie na generátore je . Pomocou takéhoto prevodníka môžete nielen stabilizovať, ale aj regulovať výstupné napätie v širokom rozsahu a meniť uhol. Nevýhodou opísaného obvodu je, že kvalita napätia sa pri jeho zvyšovaní zhoršuje v dôsledku výskytu vyšších harmonických.

Opísané spôsoby regulácie a stabilizácie napätia sú spojené s použitím ťažkých a objemných prídavných zariadení mimo generátora. Tento cieľ je možné dosiahnuť použitím prídavného vinutia magnetického poľa (WW) v generátore priamy prúd, mení stupeň nasýtenia oceľových magnetických drôtov a tým mení vonkajšiu magnetickú vodivosť vo vzťahu k magnetu.

Majitelia patentu RU 2548662:

Vynález sa týka oblasti elektrotechniky a elektromechanického inžinierstva, najmä synchrónnych generátorov budených permanentnými magnetmi. Technický výsledok: stabilizácia výstupného napätia a činného výkonu. Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov obsahuje nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je po obvode uložený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami. Magnetické jadro je vybavené pólovými výstupkami elektrické cievky s viacfázovým vinutím kotvy statora. Prstencový rotor je uložený na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v nosných ložiskách okolo prstencového magnetického obvodu statora. Na vnútornej bočnej stene rotora je namontovaná prstencová magnetická vložka s magnetickými pólmi p-párov striedajúcimi sa v obvodovom smere. Magnetická vložka je vyrobená vo forme dvoch rovnakých krúžkov, ktoré sa môžu pohybovať v axiálnom smere. Medzi krúžkami je umiestnený elastický prvok. 2 chorý.

Vynález sa týka oblasti elektrotechniky a elektrotechniky, najmä synchrónnych generátorov budených permanentnými magnetmi, a môže byť použitý v autonómnych napájacích zdrojoch štandardnej priemyselnej frekvencie aj vysokej frekvencie, v elektrických strojoch a elektrárňach. Synchrónny generátor podľa vynálezu možno použiť najmä ako autonómny zdroj energie v autách, lodiach a iných Vozidlo Oh.

Známy je synchrónny generátor obsahujúci stator so sústavou vodičov a rotor s budiacim systémom s permanentnými magnetmi a medzi statorom a rotorom je aktívna plocha - vzduchová medzera, rotor je vyrobený v tvare vonkajší rotor s aktívnym povrchom vo vnútri, rotor má pri pohľade zo smeru otáčania zmagnetizované permanentné magnety a úseky z magnetického vodivého materiálu sa navzájom striedajú v smere otáčania, permanentné magnety sú vyrobené z materiálu s magnetická permeabilita blízka permeabilite vzduchu, permanentné magnety, ak sú merané v smere otáčania, sa zväčšujú so zväčšujúcou sa vzdialenosťou od šírky aktívneho povrchu a magnetické vodivé úseky majú šírku, ktorá sa zmenšuje s rastúcou vzdialenosťou od aktívneho povrchu; magnetické vodivé úseky majú plochu, cez ktorú magnetický tok vystupuje a ktorá smeruje k aktívnej ploche, a je menšia ako súčet plôch prierezov magnetického toku oboch susediacich permanentných magnetov, v dôsledku čoho magnetický tok permanentných magnetov sa sústreďuje smerom k aktívnemu povrchu pólu statora, pri meraní v smere otáčania majú takmer rovnakú šírku ako povrch magnetických vodivých sekcií, ktorými magnetický tok vystupuje (RF patent č. 2141716, IPC N02K 21/12, publikované 20. novembra 1991).

Je známy synchrónny generátor, ktorý obsahuje viacpólovú kotvu s n pólmi (n je celé číslo) s vinutiami a budiaci systém tvorený množstvom permanentných magnetov. V tomto prípade majú permanentné magnety (n-1) pólov na vytvorenie magnetické pole budenie počas otáčania vzhľadom na kotvu a permanentné magnety sú magnetizované pozdĺž smeru otáčania a póly sú vyrobené so skosením vzhľadom na otáčanie budiaceho systému (RF patent č. 2069441, IPC N02K 21/22, publikovaný 20. 11. 1996).

Spoločnou nevýhodou týchto synchrónnych generátorov je obmedzená funkčnosť stabilizácie výstupného napätia a činného výkonu pri zvyšovaní záťaže v závislosti od hodnoty celkového magnetického toku. Zároveň v konštrukcii týchto generátorov nie sú žiadne prvky umožňujúce rýchlu zmenu hodnoty celkového magnetického toku vytvoreného jednotlivými permanentnými magnetmi prstencovej magnetickej vložky.

Najbližším analógom (prototypom) vynálezu je synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je upevnený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami po obvode, vybavený elektrickými cievkami umiestnenými na pólové výstupky s viacfázovým vinutím kotvy statora, uložené na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v nosných ložiskách okolo prstencového magnetického obvodu statora, prstencový rotor s prstencovou magnetickou vložkou uložený na vnútornej bočnej stene s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodový smer z p-párov, pokrývajúci pólové výstupky s elektrickými cievkami vinutia kotvy prstencového magnetického obvodu statora. Nosná jednotka statora je tvorená skupinou identických modulov s prstencovým magnetickým jadrom a prstencovým rotorom uloženým na jednom nosnom hriadeli, pričom moduly statorovej nosnej jednotky sú inštalované s možnosťou ich vzájomného otáčania okolo osi. koaxiálne s nosným hriadeľom a sú vybavené pohonom kinematicky spojeným s ich uhlovým natočením voči sebe navzájom a rovnaké fázy vinutia kotvy v moduloch nosnej jednotky statora sú vzájomne prepojené a tvoria spoločné fázy statora vinutie kotvy (RF patent č. 2273942, IPC N02K 21/22, N02K 21/12, publikované 27.07.2006).

Nevýhodou známeho synchrónneho generátora s budením z permanentných magnetov je nutnosť použitia skupiny modulov, čo vedie k zložitejšej konštrukcii, zvýšeniu hmotnosti a rozmerov generátora. To následne vedie k poklesu prevádzkové charakteristiky generátor

Okrem toho, rovnako ako v spomínaných analógoch, ani známy generátor nemá prvky umožňujúce rýchlu zmenu hodnoty celkového magnetického toku jednotlivých permanentných magnetov tvoriacich prstencovú magnetickú výstelku.

Cieľom tohto vynálezu je zjednodušiť konštrukciu a rozšíriť funkčnosť synchrónneho generátora dodávaním elektriny do širokej škály viacfázových striedavých prijímačov. elektrický prúd s rôzne parametre napájacie napätie.

Technickým výsledkom je stabilizácia výstupného napätia a činného výkonu vďaka zavedeniu elastických prvkov do konštrukcie synchrónneho generátora.

Technický výsledok je dosiahnutý tým, že v synchrónnom generátore s budením z permanentných magnetov, ktorý obsahuje nosnú statorovú zostavu s ložiskami, na ktorej je namontovaný prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami po obvode, vybavený elektrickými cievkami umiestnenými na póle výstupky s viacfázovým vinutím kotvy statora, uložený na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v nosných ložiskách okolo prstencového magnetického jadra statora, prstencový rotor s prstencovou magnetickou vložkou uložený na vnútornej bočnej stene s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodový smer z párov p, krycie pólové výbežky s elektrickými cievkami vinutia kotvy vinutie prstencového magnetického jadra statora, podľa vynálezu prstencové magnetické vložka je vyrobená vo forme dvoch rovnakých krúžkov, ktoré sa môžu pohybovať v axiálnom smere smere, s elastickým prvkom umiestneným medzi krúžkami.

Pri zmene zaťaženia generátora sa mení prúd pretekajúci vinutím kotvy statora a mení sa príťažlivá sila pôsobiaca na magnetické vložky. Tieto sú v rôznej miere vťahované do vzduchovej medzery, pričom stláčajú elastický prvok, čím sa zvyšuje alebo znižuje celkový magnetický tok. A vďaka tomu je napätie a aktívny výkon na svorkách vinutia statora generátora stabilizované.

Elastický prvok môže byť pevný vo forme zvlnenej elastickej podložky alebo kompozitný vo forme samostatných pružín.

Elastický prvok uvedený ako príklad je vyrobený vo forme pružín.

Podstata vynálezu je znázornená na výkrese.

Na obr. Obrázok 1 zobrazuje celkový pohľad na navrhovaný synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov v pozdĺžnom reze, s magnetickými vložkami v nepracovnej polohe.

Na obr. 2 pohľad, keď sú magnetické vložky v pracovnej polohe.

Na oboch obrázkoch je elastický prvok vyrobený vo forme pružín.

Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov obsahuje vnútorné puzdro statora 1, na ktorom je nasadený prstencový magnetický obvod 2 (napríklad vo forme monolitického disku z práškového kompozitného tvrdého magnetického materiálu) s pólovými výstupkami po obvode. , vybavené elektrickými cievkami (sekciami) 3 umiestnenými na nich, s viacfázovými (napríklad trojfázovými a vo všeobecnosti n-fázovými) vinutiami kotvy statora. Na hriadeli 4 s možnosťou otáčania na ložiskách 5, 6 okolo statorovej nosnej jednotky je inštalovaný prstencový rotor 7 s prstencovými magnetickými vložkami 8 namontovanými na vnútornej bočnej stene (napríklad vo forme monolitických magnetických prstencov vyrobených z magneticky anizotropného práškového materiálu) so striedavými magnetickými v obvodovom smere pólov z p-párov a vyrobených vo forme krúžkov identickej konštrukcie so schopnosťou pohybu v drážkach 9 v smere osi otáčania a s vylúčením ich rotáciu vzhľadom na prstencový rotor 7, oddelenú pružným prvkom 10, napríklad tlačnými pružinami. A zakrytie pólových výstupkov vinutím kotvy magnetického obvodu statorového prstenca. Prstencový rotor 7 obsahuje prstencové magnetické vložky 8, pružný prvok 10 a prítlačný krúžok 11. Stator obsahuje prstencový magnetický obvod 2, cievky vinutia kotvy 3, vnútorné puzdro 1 a vonkajšie puzdro 12 so stredovými otvormi 13 na konci. . Vnútorný kryt 1 statorovej nosnej jednotky je spárovaný s jeho vnútornou valcovou bočnou stenou s ložiskom 5 a vonkajší kryt 12 s ložiskom 6. Prstencový rotor 7 je spojený s hriadeľom 4. Prstencový magnetický obvod 2 (s vinutia 3) statora je namontované na špecifikovanom vnútornom kryte 1, ktorý je pevne pripevnený k vonkajšiemu krytu 12 a spolu s ním tvoria prstencovú dutinu 14. Ventilátor 15 na chladenie vinutí kotvy statora je umiestnený na konci hriadeľa 4. Na vonkajšom plášti je inštalovaný plášť 16 Fázy (A, B, C) vinutia kotvy 3 na prstencovom magnetickom obvode 2 Statory sú navzájom spojené v elektrickom obvode.

Synchrónny generátor s budením permanentným magnetom funguje nasledovne.

Od pohonu, napríklad od spaľovacieho motora, cez klinovú remenicu (na výkrese neznázornená), sa rotačný pohyb prenáša na hriadeľ 4 s prstencovým rotorom 7. Keď sa prstencový rotor 7 otáča s prstencovými magnetickými vložkami 8 vzniká rotačný magnetický tok, ktorý preniká vzduchovou prstencovou medzerou medzi prstencovými magnetickými vložkami 8 a prstencovým magnetickým jadrom 2 statora, ako aj prenikajúcimi radiálnymi pólovými výstupkami (na výkrese neznázornenými) prstencového magnetického jadra 2. statora. Keď sa prstencový rotor 7 otáča, striedavý prechod „severného“ a „južného“ magnetické póly prstencové magnetické výstelky 8 nad radiálnymi pólovými výbežkami prstencového magnetického jadra 2 statora, čo spôsobuje rotáciu magnetického toku vo veľkosti aj smere v radiálnych pólových výbežkoch prstencového magnetického jadra 2. V tomto prípade sínusová elektromotorická sila (EMF) sa indukuje vo vinutí kotvy 3 statora so vzájomným fázovým posunom pod uhlom 120 stupňov a s frekvenciou rovnou súčinu počtu párov (p) magnetických pólov v prstenci. magnetickej vložky 8 frekvenciou otáčania prstencového rotora 7. Striedavý prúd (napríklad trojfázový) pretekajúci vinutím kotvy statora 3 je privádzaný do výstupných elektrických silových konektorov (na výkrese neznázornených) na pripojenie prijímačov. elektrická energia striedavý prúd.

So zvyšujúcim sa zaťažením generátora sa zvyšuje prúd pretekajúci vinutím kotvy statora 3 a tiež sa zvyšuje príťažlivá sila pôsobiaca na prstencové magnetické vložky 8. Tieto sú vťahované do vzduchovej medzery, čím sa stláča pružný prvok 10. zvýšenie magnetického toku prstencových magnetických vložiek 8. Vďaka tomu je napätie na svorkách vinutia 3 statora generátora stabilizované. Poskytnutie statora s naznačeným prstencovým magnetickým jadrom 2 a prstencového rotora 7 namontovaného na jednom hriadeli 4, ako aj prstencového rotora so schopnosťou stiahnuť prstencové magnetické vložky 8 do vzduchovej medzery, umožňuje stabilizovať výstupné napätie a činný výkon synchrónneho generátora v rámci stanovených limitov.

Navrhované technické riešenie teda umožňuje stabilizáciu výstupného napätia aj činného výkonu pri zmene elektrického zaťaženia generátora.

Navrhovaný synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov je možné s vhodnou komutáciou vinutia kotvy statora použiť na napájanie širokej škály viacfázových prijímačov striedavého elektrického prúdu s rôznymi parametrami napájacieho napätia.

Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je po obvode uložený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami, vybavený elektrickými cievkami umiestnenými na pólových výstupkoch, s viacfázovým vinutím kotvy statora, uložený na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v nosných ložiskách okolo prstencového magnetického jadra statora, prstencový rotor s prstencovou magnetickou vložkou uložený na vnútornej bočnej stene s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodovom smere z párov p, krycie pólové výstupky s elektrickými cievkami vinutia kotvy prstencového magnetického jadra statora, vyznačujúce sa tým, že magnetická vložka je vyrobená vo forme dvoch rovnakých prstencov, ktoré sa môžu pohybovať v axiálnom smere, s pružným prvkom umiestneným medzi prstencami .

Podobné patenty:

Tento vynález sa týka elektrického stroja (1) pre hybridné alebo elektrické vozidlá. Stroj obsahuje vonkajší rotor, stator (2) umiestnený vo vnútri rotora (3), rotor obsahuje nosný prvok rotora (4), rotorové dosky (5) a permanentné magnety (6), nosný prvok rotora (4) obsahuje prvú, radiálne prechádzajúcu časť (7) nosného prvku a druhú axiálne prechádzajúcu časť (8) nosného prvku, ktorá je s ním spojená, druhá časť (8) nosného prvku nesie rotorové dosky (5) a permanentné magnety (6) a stator (2) má statorové dosky (9) a vinutia (10), vinutia tvoria hlavy (11, 12) vinutí, ktoré sa axiálne rozprestierajú na oboch stranách nad statorovými doskami (9), má tiež obežné koleso (14), ktoré je spojené s nosným prvkom (4) rotora.

Budenie synchrónneho stroja a jeho magnetické polia. Budenie synchrónneho generátora.

Budiace vinutie synchrónneho generátora (SG) je umiestnené na rotore a prijíma jednosmerný prúd z externého zdroja. Vytvára hlavné magnetické pole stroja, ktoré sa otáča s rotorom a uzatvára sa pozdĺž celého magnetického obvodu. Počas rotácie toto pole pretína vodiče vinutia statora a indukuje v nich EMF E10.
Na napájanie budiaceho vinutia výkonných S.G. používajú sa špeciálne generátory - budiče. Ak sú inštalované oddelene, napájanie sa dodáva do vinutia poľa cez zberacie krúžky a kefové zariadenie. Pre výkonné turbogenerátory sú budiče (synchrónne generátory „reverzného typu“) zavesené na hriadeli generátora a potom budiace vinutie prijíma energiu cez polovodičové usmerňovače inštalované na hriadeli.
Výkon vynaložený na budenie je približne 0,2 - 5 % nominálneho výkonu S.G., s menšou hodnotou pre veľké S.G.
Stredne výkonné generátory často využívajú samobudiaci systém – od siete vinutia statora cez transformátory, polovodičové usmerňovače a krúžky. Vo veľmi malom S.G. Niekedy sa používajú permanentné magnety, ale to neumožňuje nastavenie veľkosti magnetického toku.

Budiace vinutie môže byť sústredené (pre synchrónne generátory s výraznými pólmi) alebo distribuované (pre synchrónne generátory s nevyčnievajúcimi pólmi).

Magnetický obvod S.G.

Magnetický systém S.G. je rozvetvený magnetický obvod s 2 paralelnými vetvami. V tomto prípade je magnetický tok vytvorený budiacim vinutím uzavretý pozdĺž nasledujúcich častí magnetického obvodu: vzduchová medzera "?" - dvakrát; zóna zuba statora hZ1 – dvakrát; zadná časť statora L1; ozubená vrstva rotora „hZ2“ - dvakrát; chrbát rotora – „LOB“. V generátoroch s výraznými pólmi má rotor póly rotora „hm“ - dvakrát (namiesto zubovej vrstvy) a krížový LOB (namiesto zadnej strany rotora).

Obrázok 1 ukazuje, že paralelné vetvy magnetického obvodu sú symetrické. Je tiež možné vidieť, že hlavná časť magnetického toku F je uzavretá v celom magnetickom obvode a je spojená s vinutím rotora aj vinutím statora. Menšia časť magnetického toku Fsigma (žiaľ, nie je tam žiadny symbol) sa uzatvára len okolo budiaceho vinutia a potom pozdĺž vzduchovej medzery bez záberu s vinutím statora. Toto je magnetický únikový tok rotora.

Obrázok 1. Magnetické obvody S.G.
typu s vyčnievajúcim pólom (a) a bez vyčnievajúceho pólu (b).

V tomto prípade sa celkový magnetický tok Фm rovná:

kde SIGMAm je koeficient rozptylu magnetického toku.
MMF budiaceho vinutia na pár pólov v režime nečinný pohyb možno definovať ako súčet zložiek MMF potrebných na prekonanie magnetického odporu v zodpovedajúcich častiach obvodu.

Najväčší magnetický odpor má oblasť vzduchovej medzery, v ktorej je magnetický prienik µ0 = const konštantný. V predloženom vzorci je wB počet sériovo zapojených závitov vinutia poľa na pár pólov a IBO je prúd poľa v režime bez zaťaženia.

Keď sa magnetický tok zvyšuje, oceľ magnetického obvodu má vlastnosť saturácie, preto je magnetická charakteristika synchrónneho generátora nelineárna. Túto charakteristiku ako závislosť magnetického toku od budiaceho prúdu Ф = f(IВ) alebo Ф = f(ФВ) je možné zostrojiť výpočtom alebo určiť experimentálne. Vyzerá to ako na obrázku 2.

Obrázok 2. Magnetická charakteristika S.G.

Zvyčajne S.G. navrhnuté tak, že pri menovitej hodnote magnetického toku F je magnetický obvod nasýtený. V tomto prípade časť „ab“ magnetickej charakteristiky zodpovedá MMF pri prekonaní vzduchovej medzery 2Fsigma a časť „vc“ zodpovedá prekonaniu magnetického odporu ocele s magnetickým jadrom. Potom postoj možno nazvať koeficientom nasýtenia magnetického obvodu ako celku.

Voľnobežné otáčky synchrónneho generátora

Ak je obvod vinutia statora otvorený, potom v S.G. Existuje len jedno magnetické pole - vytvorené MMF vinutia poľa.
Sínusové rozloženie indukcie magnetického poľa potrebné na získanie sínusového EMF vinutia statora je zabezpečené:
- vo vyčnievajúcom póle S.G. tvar pólových nástavcov rotora (pod stredom pólu je medzera menšia ako pod jeho okrajmi) a skosenie štrbín statora.
- v nevyčnievajúcom póle S.G. – rozmiestnením budiaceho vinutia pozdĺž štrbín rotora pod stredom pólu je medzera menšia ako pod jeho okrajmi a skosením štrbín statora.
Vo viacpólových strojoch sa používajú statorové vinutia s nepatrným počtom štrbín na pól a fázu.

Obrázok 3. Zabezpečenie sínusoidy magnet
excitačné polia

Pretože EMF statorového vinutia E10 je úmerné magnetickému toku ФО a prúd v budiacom vinutí IVO je úmerný MMF budiaceho vinutia FVO, je ľahké zostrojiť závislosť: E0 = f(IВО) identické na magnetickú charakteristiku: Ф = f(FВО). Táto závislosť sa nazýva charakteristika voľnobežných otáčok (H.H.H.) S.G. Umožňuje vám určiť parametre SG a zostaviť jeho vektorové diagramy.
Zvyčajne H.H.H. sú konštruované v relatívnych jednotkách e0 a iBO, t.j. aktuálna hodnota veličín sa vzťahuje na ich nominálne hodnoty

V tomto prípade H.H.H. nazývaná normálna charakteristika. Zaujímavosťou je, že normálne X.H.H. pre takmer všetky S.G. sú rovnaké. V reálnych podmienkach sa H.H.H. nezačína od začiatku súradníc, ale od určitého bodu na osi y, ktorý zodpovedá zvyškovému EMF e RES., spôsobenému zvyškovým magnetickým tokom ocele s magnetickým jadrom.

Obrázok 4. Charakteristika voľnobehu v relatívnych jednotkách

Schematické diagramy vzrušenie S.G. s budením a) a samobudením b) sú znázornené na obrázku 4.

Obrázok 5. Schematické diagramy budenia S.G.

Magnetické pole S.G. pri zaťažení.

Ak chcete načítať S.G. alebo zvýšiť jeho zaťaženie, je potrebné znížiť elektrický odpor medzi fázovými svorkami vinutia statora. Potom prúdy pretečú cez uzavreté obvody fázových vinutí pod vplyvom EMF vinutia statora. Ak predpokladáme, že toto zaťaženie je symetrické, potom fázové prúdy vytvárajú MMF trojfázového vinutia, ktoré má amplitúdu

a otáča sa pozdĺž statora rýchlosťou otáčania n1 rovnou rýchlosti rotora. To znamená, že MMF vinutia statora F3F a MMF budiaceho vinutia FB, stacionárne voči rotoru, sa otáčajú rovnakými rýchlosťami, t.j. synchrónne. Inými slovami, sú voči sebe nehybné a môžu interagovať.
Zároveň v závislosti od charakteru zaťaženia môžu byť tieto MMF navzájom rôzne orientované, čo mení charakter ich interakcie a následne aj prevádzkové vlastnosti generátora.
Ešte raz si všimnime, že účinok MMF vinutia statora F3Ф = Fa na MMF vinutia rotora FВ sa nazýva „reakcia kotvy“.
V generátoroch bez vyvýšených pólov je vzduchová medzera medzi rotorom a statorom rovnomerná, preto je indukcia B1 vytvorená MMF vinutia statora distribuovaná v priestore ako MMF F3Ф = Fa sínusovo, bez ohľadu na polohu rotora a vinutie poľa.
V generátoroch s výraznými pólmi je vzduchová medzera nerovnomerná v dôsledku tvaru pólových nástavcov a interpolárneho priestoru vyplneného meďou v budiacom vinutí a izolačné materiály. Preto je magnetický odpor vzduchovej medzery pod pólovými nástavcami podstatne menší ako v oblasti interpolárneho priestoru. Os rotora S.G. nazývajú ju pozdĺžna os d - d a os interpolárneho priestoru sa nazýva priečna os S.G. q - q.
To znamená, že indukcia magnetického poľa statora a graf jeho rozloženia v priestore závisí od polohy MMF vlny F3F vinutia statora vzhľadom na rotor.
Predpokladajme, že amplitúda MMF statorového vinutia F3Ф = Fa sa zhoduje s pozdĺžnou osou stroja d - d a priestorové rozloženie tohto MMF je sínusové. Predpokladajme tiež, že budiaci prúd je nula Ivo = 0.
Pre názornosť si na obrázku znázornime lineárny sken tohto MMF, z ktorého je zrejmé, že indukcia magnetického poľa statora v oblasti pólového nástavca je pomerne veľká a v oblasti v medzipolárnom priestore prudko klesá takmer na nulu v dôsledku vysokého odporu vzduchu.

Obrázok 6. Lineárne skenovanie MMF vinutia statora pozdĺž pozdĺžnej osi.

Takéto nerovnomerné rozloženie indukcie s amplitúdou B1dmax možno nahradiť sínusovým rozdelením, ale s menšou amplitúdou B1d1max.
Ak sa maximálna hodnota statora MMF F3Ф = Fa zhoduje s priečnou osou stroja, potom vzor magnetického poľa bude iný, ako je možné vidieť z lineárneho skenovania stroja MMF.

Obrázok 7. Lineárne skenovanie MMF vinutia statora pozdĺž priečnej osi.

Aj tu je miera indukcie v oblasti hrotov pólov väčšia ako v oblasti interpolárneho priestoru. A je celkom zrejmé, že amplitúda hlavnej harmonickej indukcie statorového poľa B1d1 pozdĺž pozdĺžnej osi je väčšia ako amplitúda indukcie poľa B1q1 pozdĺž priečnej osi. Stupeň zníženia indukcie B1d1 a B1q1, ktorý je spôsobený nerovnomernosťou vzduchovej medzery, sa berie do úvahy pomocou koeficientov:

Závisia od mnohých faktorov a najmä od pomeru sigma/tau (žiaľ, nie je tam žiadny symbol) (relatívna veľkosť vzduchovej medzery), od pomeru

(koeficient prekrytia pólov), kde VP je šírka pólového nástavca a ďalšie faktory.

Predložený vynález sa týka oblasti elektrotechniky, menovite bezkomutátorových elektrických strojov, najmä jednosmerných elektrických generátorov, a môže byť použitý v akejkoľvek oblasti vedy a techniky, ktorá vyžaduje autonómne zdroje energie. Technickým výsledkom je vytvorenie kompaktného, ​​vysoko účinného elektrického generátora, ktorý umožňuje pri zachovaní pomerne jednoduchého a spoľahlivý dizajn sa značne líšia výstupné parametre elektrického prúdu v závislosti od prevádzkových podmienok. Podstatou vynálezu je, že bezkomutátorový synchrónny generátor s permanentnými magnetmi pozostáva z jednej alebo viacerých sekcií, z ktorých každá obsahuje rotor s kruhovým magnetickým jadrom, na ktorom je pripevnený párny počet permanentných magnetov s rovnakým stúpaním, stator nesúci párny počet elektromagnetov v tvare podkovy usporiadaných v pároch oproti sebe a majúcich dve cievky s postupne opačnými smermi vinutia, zariadenie na usmerňovanie elektrického prúdu. Permanentné magnety sú pripevnené k magnetickému jadru tak, že tvoria dva rovnobežné rady pólov s pozdĺžne a priečne sa striedajúcou polaritou. Elektromagnety sú orientované cez tieto rady pólov tak, že každá z cievok elektromagnetu je umiestnená nad jedným z paralelných radov pólov rotora. Počet pólov v jednom riadku, rovný n, vyhovuje vzťahu: n=10+4k, kde k je celé číslo s hodnotami 0, 1, 2, 3 atď. Počet elektromagnetov v generátore zvyčajne nepresahuje počet (n-2). 12 plat f-ly, 9 chorých.

Výkresy pre RF patent 2303849

Predložený vynález sa týka bezkomutátorových elektrických strojov, najmä jednosmerných elektrických generátorov, a môže byť použitý v akejkoľvek oblasti vedy a techniky, ktorá vyžaduje autonómne zdroje energie.

Synchrónne striedavé stroje sú široko používané pri výrobe aj spotrebe elektrickej energie. Všetky synchrónne stroje majú vlastnosť reverzibility, to znamená, že každý z nich môže pracovať v režime generátora aj v režime motora.

Synchrónny generátor obsahuje stator, zvyčajne dutý vrstvený valec s pozdĺžnymi drážkami na vnútornom povrchu, v ktorom je umiestnené vinutie statora a rotor, čo sú permanentné magnety so striedavou polaritou umiestnené na hriadeli, ktorý je možné poháňať jedným spôsobom resp. ďalší. IN priemyselné generátory vysokého výkonu, na získanie budiaceho magnetického poľa sa používa budiace vinutie umiestnené na rotore. Synchrónne generátory s relatívne nízkym výkonom využívajú permanentné magnety umiestnené na rotore.

Pri konštantnej rýchlosti otáčania je tvar krivky EMF generovanej generátorom určený iba zákonom rozloženia magnetickej indukcie v medzere medzi rotorom a statorom. Preto na získanie napätia na výstupe generátora určitého tvaru a na efektívnu konverziu mechanická energia pri elektrickom použití rôzne geometrie rotora a statora a tiež zvoliť optimálny počet permanentných magnetických pólov a počet závitov vinutia statora (US 5117142, US 5537025, DE 19802784, EP 0926806, WO 02/003527, US 279321 , US 2004021390, US 2004212273, US 2004155537). Uvedené parametre nie sú univerzálne, ale vyberajú sa v závislosti od prevádzkových podmienok, čo často vedie k zhoršeniu iných charakteristík elektrického generátora. okrem toho zložitý tvar rotor alebo stator komplikuje výrobu a montáž generátora a v dôsledku toho zvyšuje cenu produktu. Rotor synchrónneho magnetoelektrického generátora môže mať iný tvar, napríklad keď slaby prud Rotor je zvyčajne vyrobený vo forme „hviezdy“, pri strednom výkone - s pólmi v tvare pazúrov a valcovými permanentnými magnetmi. Rotor s pazúrovitými pólmi umožňuje získať generátor s pólovým rozptylom, ktorý obmedzuje rázový prúd v prípade náhleho skratu generátora.

V generátore s permanentnými magnetmi je ťažké stabilizovať napätie pri zmene záťaže (pretože neexistuje spätná magnetická väzba, ako napríklad v generátoroch s budiacim vinutím). Na stabilizáciu výstupného napätia a usmernenie prúdu sa používajú rôzne elektrické obvody (GB 1146033).

Predložený vynález je zameraný na vytvorenie kompaktného, ​​vysoko účinného elektrického generátora, ktorý umožňuje pri zachovaní relatívne jednoduchej a spoľahlivej konštrukcie široko meniť výstupné parametre elektrického prúdu v závislosti od prevádzkových podmienok.

Elektrický generátor vyrobený v súlade s týmto vynálezom je bezkefkový synchrónny generátor s permanentným magnetom. Pozostáva z jednej alebo viacerých sekcií, z ktorých každá obsahuje:

Rotor s kruhovým magnetickým jadrom, na ktorom je pripevnený párny počet permanentných magnetov s rovnakým rozstupom,

Stator nesúci párny počet elektromagnetov v tvare podkovy (v tvare U) umiestnených v pároch oproti sebe a majúci dve cievky s postupne opačnými smermi vinutia,

Zariadenie na usmerňovanie elektrického prúdu.

Permanentné magnety sú pripevnené k magnetickému jadru tak, že tvoria dva rovnobežné rady pólov s pozdĺžne a priečne sa striedajúcou polaritou. Elektromagnety sú orientované cez tieto rady pólov tak, že každá z cievok elektromagnetu je umiestnená nad jedným z paralelných radov pólov rotora. Počet pólov v jednom riadku, rovný n, vyhovuje vzťahu: n=10+4k, kde k je celé číslo s hodnotami 0, 1, 2, 3 atď. Počet elektromagnetov v generátore zvyčajne nepresahuje počet n-2.

Zariadenie na usmernenie prúdu je zvyčajne jedným zo štandardných obvodov usmerňovačov vyrobených s diódami: celovlnné so stredným bodom alebo mostíkom pripojeným k vinutiu každého elektromagnetu. V prípade potreby je možné použiť aj iný obvod na usmernenie prúdu.

V závislosti od prevádzkových charakteristík elektrického generátora môže byť rotor umiestnený buď na vonkajšej strane statora, alebo vo vnútri statora.

Elektrický generátor vyrobený podľa tohto vynálezu môže obsahovať niekoľko rovnakých častí. Počet takýchto sekcií závisí od výkonu mechanického zdroja energie (hnacieho motora) a požadovaných parametrov elektrocentrály. Je výhodné, ak sú úseky vo vzájomnej fáze mimo fázu. To sa dá dosiahnuť napríklad počiatočným posunutím rotora v susedných úsekoch o uhol ležiaci v rozsahu od 0° do 360°/n; alebo uhlový posun statorových elektromagnetov v susedných úsekoch voči sebe navzájom. Elektrický generátor s výhodou obsahuje aj jednotku regulátora napätia.

Podstata vynálezu je znázornená na nasledujúcich výkresoch:

Obrázok 1(a) a (b) znázorňuje schému elektrického generátora vyrobeného podľa tohto vynálezu, v ktorom je rotor umiestnený vo vnútri statora;

Obrázok 2 zobrazuje obrázok jednej časti elektrického generátora;

Obrázok 3 zobrazuje schematický diagram elektrického generátora s obvodom usmerňovania prúdu s plnou vlnou so stredným bodom;

Obrázok 4 zobrazuje schematický diagram elektrického generátora s jedným z mostíkových prúdových usmerňovacích obvodov;

Obrázok 5 zobrazuje schematický diagram elektrického generátora s iným mostíkovým prúdovým usmerňovacím obvodom;

Obrázok 6 zobrazuje schematický diagram elektrického generátora s ďalším mostíkovým prúdovým usmerňovacím obvodom;

Obrázok 7 zobrazuje schematický diagram elektrického generátora s iným mostíkovým prúdovým usmerňovacím obvodom;

Obr. 8 znázorňuje schému elektrického generátora s vonkajším rotorom;

Obr. 9 je pohľad na viacdielny generátor skonštruovaný v súlade s týmto vynálezom.

Obrázok 1(a) a (b) znázorňuje elektrický generátor vyrobený podľa tohto vynálezu, ktorý obsahuje kryt 1; rotor 2 s kruhovým magnetickým jadrom 3, na ktorom je pripevnený párny počet permanentných magnetov 4 s rovnakým stúpaním; stator 5 nesúci párny počet elektromagnetov 6 v tvare podkovy umiestnených v pároch oproti sebe a prostriedok na usmernenie prúdu (nezobrazené).

Skriňa 1 elektrického generátora je zvyčajne odliata hliníková zliatina alebo liatinový alebo vyrobený zváraný. Inštalácia elektrického generátora na mieste jeho inštalácie sa vykonáva pomocou labiek 7 alebo príruby. Stator 5 má valcový tvar vnútorný povrch, na ktorých sú pripevnené identické elektromagnety 6 s rovnakým rozstupom. Každý z týchto elektromagnetov má dve cievky 8 s postupne opačnými smermi vinutia, ktoré sú umiestnené na jadre 9 v tvare písmena U. Zväzok 9 jadier je zostavený z nasekaných elektrooceľových platní s lepidlom alebo nitovaním. Svorky vinutí elektromagnetu sú pripojené cez jeden z obvodov usmerňovača (nie je znázornený) k výstupu elektrického generátora.

Rotor 3 je oddelený od statora vzduchovou medzerou a nesie párny počet permanentných magnetov 4, usporiadaných tak, že sú vytvorené dva rovnobežné rady pólov, ktoré sú v rovnakej vzdialenosti od osi generátora a striedajú sa v polarite v pozdĺžnom a priečnom smere. smeroch (obrázok 2). Počet pólov v jednom riadku spĺňa nasledujúci vzťah: n=10+4k, kde k je celé číslo nadobúdajúce hodnoty 0, 1, 2, 3 atď. V tomto prípade (obrázok 1) n=14 (k=1), a teda celkový počet permanentných magnetických pólov je 28. Keď sa elektrický generátor otáča, každá z cievok elektromagnetu prechádza cez zodpovedajúci rad striedajúcich sa pólov. Permanentné magnety a jadrá elektromagnetov sú tvarované tak, aby minimalizovali straty a dosiahli (v rámci možností) rovnomernosť magnetického poľa vo vzduchovej medzere pri prevádzke elektrocentrály.

Princíp činnosti elektrického generátora vyrobeného podľa tohto vynálezu je podobný princípu činnosti tradičného synchrónneho generátora. Hriadeľ rotora je mechanicky spojený s hnacím motorom (zdrojom mechanickej energie). Pod vplyvom krútiaceho momentu hnacieho motora sa rotor generátora otáča určitou frekvenciou. V tomto prípade, v súlade s javom elektromagnetickej indukcie, sa vo vinutí cievok elektromagnetu indukuje EMF. Keďže cievky jednotlivého elektromagnetu majú iný smer vinutia a sú kedykoľvek v zóne pôsobenia rôznych magnetických pólov, potom sa indukovaná EMF v každom z vinutí sčítava.

Keď sa rotor otáča, magnetické pole permanentného magnetu sa otáča určitou frekvenciou, takže každé z vinutí elektromagnetu sa strieda medzi severným (N) magnetickým pólom a južným (S) magnetickým pólom. V tomto prípade je zmena pólov sprevádzaná zmenou smeru EMF vo vinutiach elektromagnetov.

Vinutia každého elektromagnetu sú pripojené k zariadeniu na usmernenie prúdu, čo je zvyčajne jeden zo štandardných obvodov diódového usmerňovača: celovlnný so stredným bodom alebo jeden z mostíkových obvodov.

Obrázok 3 znázorňuje schematický elektrický diagram plnovlnného usmerňovača so stredom pre elektrický generátor s tromi pármi elektromagnetov 10. Na obrázku 3 sú elektromagnety očíslované od I do VI. Jedna zo svoriek vinutia každého elektromagnetu a protiľahlá svorka vinutia protiľahlého elektromagnetu sú pripojené k jednému výstupu 12 generátora; ostatné svorky vinutí menovaných elektromagnetov sú pripojené cez diódy 11 k ďalšiemu výstupu 13 generátora (pri tomto zahrnutí diód bude výstup 12 záporný a výstup 13 kladný). To znamená, že ak pre elektromagnet I je začiatok vinutia (B) pripojený k zápornej zbernici, potom pre opačný elektromagnet IV je koniec vinutia (E) pripojený k zápornej zbernici. To isté platí pre ostatné elektromagnety.

Obrázky 4-7 znázorňujú rôzne obvody usmerňovania prúdu mostíka. Zapojenie mostíkov, ktoré usmerňujú prúd z každého z elektromagnetov, môže byť paralelné, sériové alebo zmiešané. Vôbec rôzne schémy používa sa na prerozdelenie výstupného prúdu a potenciálnych charakteristík elektrického generátora. Rovnaký elektrický generátor môže mať v závislosti od prevádzkových režimov jeden alebo druhý usmerňovací obvod. Je výhodné, ak elektrický generátor obsahuje prídavný spínač, ktorý umožňuje zvoliť požadovaný prevádzkový režim (schéma zapojenia mostíka).

Obrázok 4 zobrazuje schematický diagram elektrického generátora s jedným z mostíkových prúdových usmerňovacích obvodov. Každý z elektromagnetov I-VI je pripojený k samostatnému mostíku 15, ktoré sú zase zapojené paralelne. Spoločné zbernice sú pripojené na záporný výstup 12 elektrického generátora alebo na kladný 13.

Obrázok 5 znázorňuje elektrickú schému so sériovým zapojením všetkých mostíkov.

Obrázok 6 zobrazuje elektrický obvod so zmiešaným zapojením. Mostíky, ktoré usmerňujú prúd z elektromagnetov: I a II; III a IV; V a VI sú zapojené v pároch do série. A páry sú zase paralelne spojené cez spoločné zbernice.

Obrázok 7 znázorňuje schematický elektrický diagram elektrického generátora, v ktorom samostatný mostík usmerňuje prúd z dvojice diametrálne protiľahlých elektromagnetov. Pre každý pár diametrálne protiľahlých elektromagnetov sú rovnaké svorky (v tomto prípade „B“) navzájom elektricky spojené a zvyšné svorky sú spojené s usmerňovacím mostíkom 15. Celkový počet mostíkov je m/2. Mosty môžu byť navzájom spojené paralelne a/alebo sériovo. Obrázok 7 ukazuje paralelné spojenie mostíkov.

V závislosti od prevádzkových charakteristík elektrického generátora môže byť rotor umiestnený buď na vonkajšej strane statora, alebo vo vnútri statora. Obrázok 8 znázorňuje schému elektrického generátora s konštrukciou vonkajšieho rotora (10 elektromagnetov; 36 = 18 + 18 permanentných magnetov (k = 2)). Konštrukcia a princíp činnosti takéhoto elektrického generátora sú podobné tým, ktoré sú opísané vyššie.

Elektrický generátor vyrobený v súlade s týmto vynálezom môže obsahovať niekoľko sekcií A, B a C (obr. 9). Počet takýchto sekcií závisí od výkonu mechanického zdroja energie (hnacieho motora) a požadovaných parametrov elektrocentrály. Každá sekcia zodpovedá jednému z vyššie opísaných návrhov. Elektrický generátor môže obsahovať identické sekcie a sekcie, ktoré sa navzájom líšia počtom permanentných magnetov a/alebo elektromagnetov alebo rektifikačným obvodom.

Pre identické úseky je výhodné, aby boli navzájom fázovo posunuté. To sa dá dosiahnuť napríklad počiatočným posunom rotora v susedných úsekoch a uhlovým posunom statorových elektromagnetov v susedných úsekoch voči sebe navzájom.

Príklady implementácie:

Príklad 1. Podľa tohto vynálezu bol vyrobený elektrický generátor na napájanie elektrických spotrebičov s napätím do 36 V. Elektrický generátor je vyrobený s rotačným vonkajším rotorom, na ktorom je umiestnených 36 permanentných magnetov (18 v každom rade, k = 2), vyrobené zo zliatiny Fe-Nd -IN. Stator nesie 8 párov elektromagnetov, z ktorých každý má dve cievky obsahujúce 100 závitov PETV drôtu s priemerom 0,9 mm. Spojovací obvod je mostík, so zapojením rovnakých svoriek diametrálne opačných elektromagnetov (obr. 7).

vonkajší priemer - 167 mm;

výstupné napätie - 36 V;

maximálny prúd - 43 A;

výkon - 1,5 kW.

Príklad 2. V súlade s týmto vynálezom bol vyrobený elektrický generátor na dobíjanie zdrojov energie (pár 24 V batérií) pre mestské elektrické vozidlá. Elektrický generátor je vyrobený s rotačným vnútorným rotorom, na ktorom je umiestnených 28 permanentných magnetov (14 v každom rade, k=1), vyrobených zo zliatiny Fe-Nd-B. Stator nesie 6 párov elektromagnetov, z ktorých každý má dve cievky obsahujúce 150 závitov, navinutých PETV drôtom s priemerom 1,0 mm. Spínací obvod je celovlnný so stredovým bodom (obr. 3).

Elektrický generátor má nasledujúce parametre:

vonkajší priemer - 177 mm;

výstupné napätie - 31 V (na nabíjanie 24 V akumulátora);

maximálny prúd - 35A,

maximálny výkon - 1,1 kW.

Elektrický generátor navyše obsahuje automatický regulátor napätia 29,2 V.

NÁROK

1. Elektrický generátor obsahujúci aspoň jednu kruhovú sekciu vrátane rotora s kruhovým magnetickým jadrom, na ktorom je pripevnený párny počet permanentných magnetov s rovnakým rozstupom, ktoré tvoria dva rovnobežné rady pólov s pozdĺžne a priečne sa striedajúcou polaritou, stator nesúci párny počet elektromagnetov v tvare podkovy, umiestnených v pároch oproti sebe, zariadenie na usmerňovanie elektrického prúdu, kde každý z elektromagnetov má dve cievky s postupne opačným smerom vinutia, pričom každá z cievok elektromagnetu je umiestnená nad jednou z cievok paralelné rady pólov rotora a počet pólov v jednom rade rovný n vyhovuje pomeru

n=10+4k, kde k je celé číslo s hodnotami 0, 1, 2, 3 atď.

2. Elektrický generátor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že počet statorových elektromagnetov m vyhovuje vzťahu mn-2.

3. Elektrický generátor podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že zariadenie na usmerňovanie elektrického prúdu obsahuje diódy pripojené na aspoň jednu zo svoriek vinutia elektromagnetu.

4. Elektrický generátor podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že diódy sú zapojené do celovlnného obvodu so stredovým bodom.

5. Elektrický generátor podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že diódy sú zapojené do mostíkového obvodu.

6. Elektrický generátor podľa nároku 5, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že počet mostíkov je rovný m a sú navzájom zapojené sériovo alebo paralelne alebo sériovo-paralelne.

7. Elektrický generátor podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že počet mostíkov je rovný m/2 a niektoré z rovnakých výstupov každého páru diametrálne protiľahlých elektromagnetov sú navzájom spojené a ostatné sú spojené s jedným mostíkom. .

8. Elektrický generátor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že rotor je umiestnený na vonkajšej strane statora.

9. Elektrický generátor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že rotor je umiestnený vo vnútri statora.

10. Elektrický generátor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že obsahuje aspoň dve rovnaké časti.

11. Elektrický generátor podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že aspoň dva úseky sú navzájom fázovo mimo.

12. Elektrický generátor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúci sa tým, že obsahuje aspoň dve časti, ktoré sa líšia počtom elektromagnetov.

13. Elektrický generátor podľa niektorého z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že dodatočne obsahuje jednotku regulátora napätia.

Oblasť činnosti (technológie), ktorej sa týka opísaný vynález

Vývojové know-how, konkrétne tento vynález autora, sa týka oblasti elektrotechniky, najmä synchrónnych generátorov budených permanentnými magnetmi a môže byť použitý v autonómnych zdrojoch energie na autách, lodiach, ako aj v autonómnych zdrojoch energie pre spotrebiteľov striedavý prúd ako štandardná priemyselná frekvencia, tak aj vysoká frekvencia a v autonómnych elektrárňach ako zdroj zvárací prúd na vykonávanie zvárania elektrickým oblúkom v poľných podmienkach.

PODROBNÝ OPIS VYNÁLEZU

Známy je synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je po obvode upevnený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami, vybavený na nich umiestnenými elektrickými cievkami s vinutím statorovej kotvy a tiež uložený na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v spomínaných podporných ložiskách budenia (pozri napr. A.I. Voldek, "Elektrické stroje", Ed. Energia, pobočka Leningrad, 1974, s. 794).

Nevýhodou známeho synchrónneho generátora je značná spotreba kovu a veľké rozmery, vzhľadom na značnú spotrebu kovu a rozmery masívneho valcového rotora vyrobeného s permanentnými budiacimi magnetmi z tvrdých magnetických zliatin (ako Alni, Alnico, Magnico atď.).

Známy je aj synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je po obvode uložený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami, vybavený na nich umiestnenými elektrickými cievkami s vinutím kotvy statora, inštalovaným s možnosťou otáčania okolo prstencového magnetického obvodu statora s namontovaným na vnútornej bočnej stene prstencovou magnetickou vložkou s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodovom smere, prekrývajúcou pólové výstupky elektrickými cievkami vinutia kotvy špecifikovaného prstencový magnetický obvod statora (pozri napr. RF patent č. 2141716, trieda N 02 K 21/12 podľa prihlášky č. 4831043/09 zo dňa 3.2.1988).

Nevýhodou známeho synchrónneho generátora s budením z permanentných magnetov sú úzke prevádzkové parametre spôsobené nedostatočnou možnosťou regulácie činného výkonu synchrónneho generátora, keďže pri konštrukcii tohto synchrónneho reduktorového generátora nie je možné rýchlo meniť hodnota celkového magnetického toku vytvoreného jednotlivými permanentnými magnetmi špecifikovanej prstencovej magnetickej vložky.

Najbližším analógom (prototypom) je synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je namontovaný prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami po obvode vybavený elektrickými cievkami umiestnenými na nich s viacfázovým vinutie kotvy statora, uložené na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v uvedených nosných ložiskách okolo prstencového magnetického jadra statora, prstencový rotor s prstencovou magnetickou vložkou uložený na vnútornej bočnej stene s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodovom smere z párov p, pokrývajúcich pólové výstupky elektrickými cievkami vinutia kotvy uvedeného prstencového magnetického jadra statora (pozri patent RF č. 2069441, trieda N 02 K 21/22 podľa prihlášky č. 4894702/07 zo dňa 06. /01/1990).

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Nevýhodou známeho synchrónneho generátora s budením z permanentných magnetov sú aj jeho úzke prevádzkové parametre, a to jednak z dôvodu nedostatočnej možnosti regulácie činného výkonu synchrónneho reluktančného generátora a jednak chýbajúcej možnosti regulácie hodnoty výstupného striedavého napätia. , čo sťažuje jeho použitie ako zdroja zváracieho prúdu pri zváraní elektrickým oblúkom (v konštrukcii známeho synchrónneho generátora nie je možné promptne meniť hodnotu celkového magnetického toku jednotlivých permanentných magnetov tvoriacich prstencovú magnetickú výstelku medzi nimi).

Účelom tohto vynálezu je rozšíriť prevádzkové parametre synchrónneho generátora poskytnutím schopnosti regulovať jeho činný výkon a schopnosť regulovať napätie striedavého prúdu, ako aj poskytnúť možnosť jeho využitia ako zdroja zvárací prúd pri vykonávaní zvárania elektrickým oblúkom v rôznych režimoch.

Tento cieľ je dosiahnutý tým, že synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je po obvode uložený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami, vybavený elektrickými cievkami umiestnenými na nich viacfázové vinutie kotvy statora, uložené na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v uvedených nosných ložiskách okolo prstencového magnetického jadra statora, prstencový rotor s prstencovou magnetickou vložkou uložený na vnútornej bočnej stene s magnetickými pólmi striedajúcimi sa po obvode smer od p-párov, pokrývajúci pólové výstupky elektrickými cievkami vinutia kotvy uvedeného prstencového magnetického jadra statora, v ktorom je nosná jednotka Stator je vyrobený zo skupiny identických modulov s uvedeným prstencovým magnetické jadro a prstencový rotor, namontované na jednom nosnom hriadeli s možnosťou ich vzájomného otáčania okolo osi koaxiálnej s nosným hriadeľom a vybavené kinematicky pripojeným pohonom na ich uhlové otáčanie voči sebe navzájom, a to isté fázy vinutia kotvy v moduloch nosnej jednotky statora sú vzájomne prepojené a tvoria spoločné fázy vinutia kotvy statora.

Ďalším rozdielom navrhovaného synchrónneho generátora s budením z permanentných magnetov je, že rovnaké magnetické póly prstencových magnetických vložiek prstencových rotorov v susedných moduloch statorovej nosnej jednotky sú umiestnené navzájom zhodne v rovnakých radiálnych rovinách, a konce fáz vinutia kotvy v jednom module nosnej jednotky statora sú spojené so začiatkami tých istých fáz vinutia kotvy v inom susednom module nosnej jednotky statora, ktoré vo vzájomnom spojení tvoria spoločné fázy vinutia kotvy statora.

Okrem toho každý z modulov statorovej nosnej jednotky obsahuje prstencovú objímku s vonkajšou prítlačnou prírubou a misku so stredovým otvorom na konci a prstencový rotor v každom z modulov statorovej podpornej jednotky obsahuje prstencový plášť. s vnútornou prítlačnou prírubou, v ktorej je nainštalovaná uvedená zodpovedajúca prstencová magnetická vložka, pričom uvedené prstencové puzdrá modulov zostavy nosného statora sú svojou vnútornou valcovou bočnou stenou spojené s jedným z uvedených podporných ložísk, z ktorých druhé je spojené so stenami stredových otvorov na koncoch uvedených zodpovedajúcich misk, prstencové plášte prstencového rotora sú pevne spojené s nosným hriadeľom pomocou upevňovacích jednotiek a prstencový magnetický obvod v zodpovedajúcom module nosnej jednotky statora je namontovaný na špecifikovanom prstencovom puzdre, pevne pripevnenom svojou vonkajšou prítlačnou prírubou k bočnej valcovej stene misky a tvoriaci spolu s ňou prstencovú dutinu, v ktorej je špecifikovaný zodpovedajúci prstencový magnetický obvod s elektrickými cievkami zodpovedajúcej kotvy sa nachádza vinutie statora. Ďalším rozdielom navrhovaného synchrónneho generátora s budením z permanentných magnetov je, že každá z upevňovacích jednotiek spájajúcich prstencový plášť prstencového rotora s nosným hriadeľom obsahuje náboj namontovaný na nosnom hriadeli s prírubou pevne spojenou s vnútornou prítlačnou prírubou. zodpovedajúceho prstencového plášťa.

Ďalší rozdiel navrhovaného synchrónneho generátora s budením z permanentných magnetov spočíva v tom, že pohon pre uhlové natočenie modulov statorovej nosnej jednotky voči sebe je namontovaný pomocou nosnej jednotky na moduloch statorovej nosnej jednotky.

Okrem toho je pohon na uhlové otáčanie modulov podpernej jednotky statora voči sebe navzájom vyrobený vo forme skrutkového mechanizmu s vodiacou skrutkou a maticou a podperná jednotka pre pohon na uhlové otáčanie sekcií statorovej nosnej jednotky obsahuje oporné oko upevnené na jednom z uvedených skiel a nosnú tyč na druhom skle, pričom vodiaca skrutka je otočne spojený dvojstupňovým závesom na jednom konci pomocou osi rovnobežnej s osou uvedeného nosného hriadeľa, s uvedenou nosnou tyčou, vyrobenou s vodiacou štrbinou umiestnenou pozdĺž kruhového oblúka a maticou skrutkový mechanizmus je na jednom konci kĺbovo spojený s uvedeným okom, na druhom konci je vyrobený s driekom prevlečeným cez vodiacu štrbinu v nosnej tyči a je vybavený blokovacím prvkom.

Podstata vynálezu je znázornená na výkresoch.

Obrázok 1 zobrazuje celkový pohľad na navrhovaný synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov v pozdĺžnom reze;

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Obrázok 2 - Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, typ A;

Na obrázku 3 je schematicky znázornený magnetický budiaci obvod synchrónneho generátora v prevedení s trojfázovými elektrickými obvodmi vinutia kotvy statora v pôvodnej východiskovej polohe (bez uhlového posunutia zodpovedajúcich fáz rovnakého mena v moduloch nosiča statora jednotka) pre počet párov pólov statora p=8;

Na obr.4 - to isté, s fázami trojfázových elektrických obvodov vinutia kotvy statora, otočené voči sebe navzájom v uhlovej polohe pod uhlom rovnajúcim sa 360/2p stupňom;

Obrázok 5 znázorňuje variant elektrickej schémy zapojenia vinutí kotvy statora synchrónneho generátora s hviezdicovým zapojením fáz generátora a sériovým zapojením rovnakých fáz v nimi tvorených spoločných fázach;

Obrázok 6 znázorňuje inú verziu elektrickej schémy zapojenia vinutí kotvy statora synchrónneho generátora so spojením fáz generátora trojuholníkom a sériovým zapojením rovnakých fáz v nimi tvorených spoločných fázach;

schematicky vektorový diagram zmeny veľkosti fázových napätí synchrónneho generátora počas uhlového natočenia zodpovedajúcich fáz rovnakého mena vo vinutiach kotvy statora (a podľa toho aj moduly nosnej jednotky statora ) zodpovedajúcim uhlom a pri zapojení uvedených fáz do hviezdicovej konfigurácie

Obrázok 7 zobrazuje schematický vektorový diagram zmeny veľkosti fázových napätí synchrónneho generátora, keď sa zodpovedajúce fázy s rovnakým názvom otáčajú vo vinutiach kotvy statora (a podľa toho aj moduly nosnej jednotky statora ) zodpovedajúcim uhlom a keď sú tieto fázy zapojené do hviezdy;

to isté pri pripájaní fáz vinutia kotvy statora podľa schémy "trojuholníka".

Na obr.8 - to isté, pri pripájaní fáz vinutia kotvy statora podľa schémy "trojuholníka";

diagram s grafom závislosti výstupného lineárneho napätia synchrónneho generátora na geometrickom uhle natočenia tých istých fáz vinutí kotvy statora s príslušným elektrickým uhlom natočenia vektora napätia vo fáze pre pripojenie fáz podľa do "hviezdnej" schémy

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Obrázok 9 znázorňuje diagram znázorňujúci závislosť výstupného sieťového napätia synchrónneho generátora na geometrickom uhle natočenia tých istých fáz vinutí kotvy statora so zodpovedajúcim elektrickým uhlom natočenia vektora napätia vo fáze na pripojenie fáz podľa do okruhu "hviezda";

diagram s grafom závislosti výstupného lineárneho napätia synchrónneho generátora na geometrickom uhle natočenia tých istých fáz vinutí kotvy statora s príslušným elektrickým uhlom natočenia vektora napätia vo fáze pre pripojenie fáz podľa do diagramu „trojuholníka“.

Obrázok 10 znázorňuje diagram znázorňujúci závislosť výstupného sieťového napätia synchrónneho generátora na geometrickom uhle natočenia tých istých fáz vinutí kotvy statora so zodpovedajúcim elektrickým uhlom natočenia vektora napätia vo fáze pre pripojenie fáz podľa do diagramu „trojuholníka“.

Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov obsahuje nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami 1, 2, 3, 4, na ktorej je namontovaná skupina identických prstencových magnetických jadier 5 (napríklad vo forme monolitických kotúčov z práškového kompozitu mäkký magnetický materiál) s pólovými výstupkami po obvode, vybavenými na nich umiestnenými elektrickými cievkami 6 s viacfázovými (napríklad trojfázovými a vo všeobecnosti m-fázovými) vinutiami statorovej kotvy 7, 8, inštalovanými na nosnom hriadeli 9 s možnosť otáčania v spomínaných nosných ložiskách 1, 2, 3, 4 okolo statora nosnej jednotky, skupiny identických prstencových rotorov 10, s prstencovými magnetickými vložkami 11 namontovanými na vnútorných bočných stenách (napríklad vo forme monolitických magnetické krúžky vyrobené z práškového magnetického anizotropného materiálu) s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodovom smere z p-párov (v tomto vyhotovení generátora je počet párov p magnetických pólov rovný 8), prekrytie pólových výstupkov elektrickými cievkami 6 vinutia kotvy 7, 8 naznačených prstencových magnetických jadier 5 statora. Nosná jednotka statora je vyrobená zo skupiny identických modulov, z ktorých každý obsahuje prstencovú objímku 12 s vonkajšou prítlačnou prírubou 13 a misku 14 so stredovým otvorom "a" na konci 15 a valcovou bočnou stenou 16. prstencových rotorov 10 obsahuje prstencový plášť 17 s vnútornou prítlačnou prírubou 18. Moduly prstencových puzdier 12 statorovej nosnej jednotky sú svojou vnútornou valcovou bočnou stenou spojené s jedným z uvedených podporných ložísk (s opornými ložiskami 1, 3), z ktorých druhé (2, 4) sú spojené so stenami stredových otvorov "a" na koncoch 15 naznačených zodpovedajúcich pohárikov 14. Prstencové plášte 17 prstencových rotorov 10 sú pevne spojené s nosným hriadeľom 9 pomocou prostriedky pripevňovacích jednotiek a každé z prstencových magnetických jadier 5 v zodpovedajúcom module statorovej nosnej jednotky je namontované na špecifikovanom prstencovom puzdre 12, pevne pripevnenom svojou vonkajšou prítlačnou prírubou 13 k bočnej valcovej stene 16 misky 14 a tvoriaci spolu s ním prstencovú dutinu „b“, v ktorej je umiestnený špecifikovaný zodpovedajúci prstencový magnetický obvod 5 s elektrickými cievkami 6 príslušného vinutia kotvy (vinutia kotvy 7, 8) statora. Moduly statorovej nosnej jednotky (prstencové puzdrá 12 s miskami 14 tvoriace tieto moduly) sú inštalované s možnosťou ich vzájomného otáčania okolo osi koaxiálnej s nosným hriadeľom 9 a sú vybavené kinematicky pripojeným pohonom pre ich uhlové natočenie voči sebe, namontované pomocou nosnej jednotky na moduly nosiča statora. Každá z upevňovacích jednotiek spájajúcich prstencový plášť 17 zodpovedajúceho prstencového rotora 10 s nosným hriadeľom 9 obsahuje náboj 19 namontovaný na nosnom hriadeli 9 s prírubou 20 pevne spojenou s vnútornou prítlačnou prírubou 18 zodpovedajúceho prstencového plášťa 17. Pohon uhlového otáčania modulov statorovej nosnej jednotky je v prezentovanom súkromnom uskutočnení odlišný, je vyrobený vo forme skrutkového mechanizmu s vodiacou skrutkou 21 a maticou 22 a nosnou jednotkou pre. pohon uhlového otáčania sekcií zostavy nosného statora obsahuje nosné očko 23 upevnené na jednom z uvedených skiel 14 a nosnú tyč 24 na druhom skle 14. Vodiaca skrutka 21 je kĺbovo spojená dvojstupňovým záves (záves s dvoma stupňami voľnosti) na jednom konci "b" pomocou osi 25 rovnobežnej s osou O-01 uvedeného nosného hriadeľa 9, pričom špecifikovaná nosná tyč 24 je vyrobená s vodiacou drážkou "g" umiestnený pozdĺž kruhového oblúka“ a matica 22 skrutkového mechanizmu je na jednom konci kĺbovo spojená s uvedeným nosným okom 23, je na druhom konci vyrobená s driekom 26, ktorý prechádza cez vodiacu štrbinu „g“ vo vnútri. nosná tyč 24 a je vybavená blokovacím prvkom 27 (poistná matica). Na konci matice 22, otočne pripojenej k nosnému oku 23, je nainštalovaný prídavný blokovací prvok 28 (dodatočná poistná matica). Nosný hriadeľ 9 je vybavený ventilátormi 29 a 30 na chladenie vinutí kotvy 7, 8 statora, z ktorých jeden (29) je umiestnený na jednom konci nosného hriadeľa 9 a druhý (30) je umiestnený medzi sekcií podpernej jednotky statora a namontované na nosnom hriadeli 9. Krúžok Puzdrá 12 sekcií podpernej jednotky statora sú vyrobené s vetracie otvory"d" na vonkajších prítlačných prírubách 13 na prechod prúdu vzduchu do zodpovedajúcich prstencových dutín "b", tvorených prstencovými puzdrami 12 a miskami 14, a tým chladenie vinutí kotvy 7 a 8, umiestnených v elektrických cievkach 6. na pólových výstupkoch prstencových magnetických jadier 5 Na konci nosného hriadeľa 9, na ktorom je umiestnený ventilátor 29, je namontovaná hnacia remenica 31 klinového remeňa na pohon prstencových rotorov 10 synchrónneho generátora. Ventilátor 29 je namontovaný priamo na remenici 31 klinového remeňa. Na druhom konci vodiacej skrutky 21 skrutkového mechanizmu je rukoväť 32 na manuálne ovládanie skrutkového mechanizmu, ktorá poháňa uhlové otáčanie modulov zostavy nosiča statora voči sebe navzájom. Fázy s rovnakým názvom (A1, B1, C1 a A2, B2, C2) vinutia kotvy v prstencových magnetických jadrách 5 modulov statorovej nosnej jednotky sú navzájom spojené a tvoria spoločné fázy generátora. (zapojenie rovnakých fáz v všeobecný pohľad sériové aj paralelné, ako aj zložené). Magnetické póly s rovnakým názvom („sever“ a teda „juh“) prstencových magnetických vložiek 11 prstencových rotorov 10 v susedných moduloch statorovej nosnej jednotky sú umiestnené navzájom zhodne v rovnakej radiálnej rovine. lietadlá. V prezentovanom uskutočnení sú konce fáz (A1, B1, C1) vinutia kotvy (vinutie 7) v prstencovom magnetickom jadre 5 jedného modulu statorovej nosnej jednotky spojené so začiatkami fáz toho istého. názov (A2, B2, C2) vinutia kotvy (vinutie 8) v susednom ďalšom module statorovej nosnej jednotky, tvoriacej sériové pripojenie spoločné fázy vinutia kotvy statora navzájom.

Synchrónny generátor s budením permanentným magnetom funguje nasledovne.

Od pohonu (napríklad od spaľovacieho motora, hlavne dieselového motora, na výkrese neznázorneného) cez hnaciu remenicu 31 klinového remeňa sa rotačný pohyb prenáša na nosný hriadeľ 9 s prstencovými rotormi 10. prstencové rotory 10 (kruhové plášte 17) s prstencovými magnetickými vložkami 11 rotujú (napríklad monolitické magnetické krúžky vyrobené z práškového magneticky anizotropného materiálu) vytvárajú rotujúce magnetické toky, ktoré prenikajú vzduchovou prstencovou medzerou medzi prstencovými magnetickými vložkami 11 a prstencovými magnetickými jadrami 5 (napríklad monolitické disky vyrobené z práškového kompozitného mäkkého magnetického materiálu) modulov statorovej nosnej jednotky, ako aj prepichovacie radiálne pólové výstupky (na výkrese neznázornené) prstencových magnetických jadier 5. Keď sa prstencové rotory 10 otáčajú „severné“ a „južné“ striedavé magnetické póly prstencových magnetických vložiek 11 tiež striedavo prechádzajú cez radiálne pólové výstupky prstencových magnetických jadier 5 modulov jednotky statorovej podpory, čo spôsobuje pulzácie rotujúceho magnetického toku v oboch veľkosti a v smere v radiálnych pólových výbežkoch uvedených prstencových magnetických jadier 5. Súčasne sa vo vinutiach kotvy 7 a 8 statora indukujú striedavé elektromotorické sily (EMF) so vzájomným fázovým posunom v každom z m. -fázové vinutia kotvy 7 a 8 pod uhlom rovnajúcim sa 360/m elektrických stupňov a pre prezentované trojfázové vinutia kotvy 7 a 8 v ich fázach (A1, B1, C1 a A2, B2, C2) sínusové striedavé elektromotorické sily (EMF) sú indukované s fázovým posunom medzi sebou pod uhlom 120 stupňov a s frekvenciou rovnou súčinu počtu párov (p) magnetických pólov v prstencovej magnetickej vložke 11 frekvenciou otáčania prstencových rotorov. 10 (pre počet párov magnetických pólov p = 8 sú striedavé EMP indukované prevažne pri vyššej frekvencii, napr. s frekvenciou 400 Hz) . Striedavý prúd (napríklad trojfázový alebo vo všeobecnosti m-fázový) pretekajúci spoločným vinutím kotvy statora, tvorený vyššie uvedeným spojením rovnakých fáz (A1, B1, C1 a A2, B2, C2) vinutia kotvy 7 a 8 v susedných prstencových magnetických jadrách 5, privádzaných do výstupných elektrických silových konektorov (neznázornené na výkrese) na pripojenie prijímačov striedavej elektrickej energie (napríklad na pripojenie elektromotorov, elektrického náradia, elektrických čerpadiel , vykurovacích zariadení, ako aj na pripojenie elektrických zváracích zariadení atď. ). V prezentovanom uskutočnení synchrónneho generátora je výstupné fázové napätie (Uph) v spoločnom vinutí kotvy statora (vytvorené zodpovedajúcim vyššie uvedeným spojením medzi rovnakými fázami vinutia kotvy 7 a 8 v prstencových magnetických jadrách 5). ) v počiatočnej počiatočnej polohe modulov statorovej nosnej jednotky (bez vzájomného uhlového posunutia) voči sebe navzájom z týchto modulov statorovej nosnej jednotky, a teda bez uhlového vzájomného uhlového posunutia krúžku magnetických jadier 5 s pólovými výstupkami po obvode) sa rovná súčtu v absolútnej hodnote jednotlivých fázových napätí (Uf1 a Uf2) vo vinutiach kotvy 7 a 8 prstencových magnetických jadier modulov uzla nosiča statora (v Vo všeobecnosti sa celkové výstupné fázové napätie Uf generátora rovná geometrickému súčtu vektorov napätia v jednotlivých rovnomenných fázach A1, B1, C1 a A2, B2, C2 vinutí kotvy 7 a 8, pozri obr. 7 a 8 s diagramami napätia). Ak je potrebné zmeniť (znížiť) hodnotu výstupného fázového napätia Uph (a podľa toho aj výstupného lineárneho napätia U l) prezentovaného synchrónneho generátora na napájanie určitých výkonových prijímačov so zníženým napätím (napríklad na zváranie elektrickým oblúkom so striedavým prúdom v určitých režimoch) sa uhlové otáčanie jednotlivých modulov nosnej jednotky uskutočňuje voči sebe statora pod určitým uhlom (špecifikovaným alebo kalibrovaným). V tomto prípade je blokovací prvok 27 matice 22 skrutkového mechanizmu na pohon uhlového otáčania modulov statorovej nosnej jednotky odblokovaný a pomocou rukoväte 32 sa otáča vodiaca skrutka 21 skrutkového mechanizmu. , v dôsledku čoho sa uhlový pohyb matice 22 vykonáva pozdĺž kruhového oblúka v drážke „d“ nosnej tyče 24 a otáčanie do daného uhla jedného z modulov nosnej jednotky statora vo vzťahu k druhému modulu tejto statorovej nosnej jednotky okolo osi O-01 nosného hriadeľa 9 (v predloženom vyhotovení synchrónneho reluktančného generátora sa otáča modul statorovej nosnej jednotky, na ktorom je nosné oko 23 namontovaný, zatiaľ čo druhý modul statorovej nosnej jednotky s nosnou tyčou 24 s štrbinou „d“ je v stacionárnej polohe, t. Keď sa moduly nosnej statorovej zostavy (krúžkové puzdrá 12 s miskami 14) navzájom uhlovo otáčajú okolo osi 0-01 nosného hriadeľa 9, prstencové magnetické jadrá 5 s pólovými výstupkami pozdĺž obvodu sa tiež otáčajú relatívne. k sebe pod daným uhlom, v dôsledku čoho sa rotácia uskutočňuje aj pod daným uhlom voči sebe okolo osi 0-01 nosného hriadeľa 9 samotných pólových výčnelkov (podmienečne neznázornené na výkrese ) s elektrickými cievkami 6 viacfázových (v tomto prípade trojfázových) vinutí kotvy 7 a 8 statora v kruhových magnetických obvodoch. Keď sa pólové výstupky prstencových magnetických jadier 5 navzájom pootočia pod daným uhlom v rámci 360/2p stupňov, dôjde k proporcionálnej rotácii vektorov fázového napätia vo vinutí kotvy pohyblivého modulu jednotky nosiča statora (v V tomto prípade sa vektory fázového napätia Uph2 otáčajú vo vinutí kotvy 7 statora modulu nosného uzla, ktorý má možnosť uhlového natočenia) pod veľmi špecifickým uhlom v rozsahu 0-180 elektrických stupňov (pozri obr. 7 a 8). ), čo vedie k zmene výsledného výstupného fázového napätia Uph synchrónneho generátora v závislosti od elektrického uhla natočenia vektorov fázového napätia Uph2 vo fázach A2, B2, C2 jedného vinutia kotvy statora 7 voči vektorom fázového napätia. Uф1 vo fázach A1, B1, C1 druhého vinutia kotvy statora 8 (táto závislosť je vypočítanej povahy, vypočítaná riešením šikmých trojuholníkov a je určená nasledujúcim výrazom:

Rozsah regulácie výstupného výsledného fázového napätia Uph prezentovaného synchrónneho generátora pre prípad, keď Uph1=Uph2 sa bude meniť od 2Uph1 do 0, a pre prípad, keď Uph2

Výroba statorovej nosnej jednotky zo skupiny identických modulov so špecifikovaným prstencovým magnetickým jadrom 5 a prstencovým rotorom 10, namontovaných na jednom nosnom hriadeli 9, ako aj montáž modulov statorovej nosnej jednotky s možnosťou ich vzájomného otáčania okolo osi koaxiálnej s nosným hriadeľom 9, napájajúcim moduly ložiskovej jednotky statora kinematicky s nimi spojeného pohonom na ich uhlové otáčanie voči sebe navzájom a vzájomné prepojenie rovnakých fáz vinutí kotvy 7 a 8 v moduloch ložiskovej jednotky statora s vytvorením spoločných fáz vinutia kotvy statora umožňujú rozšíriť prevádzkové parametre synchrónneho generátora tým, že poskytujú schopnosť regulovať jeho aktívny výkon a poskytujú schopnosť na reguláciu výstupného striedavého napätia, ako aj na poskytnutie možnosti použiť ho ako zdroj zváracieho prúdu pri zváraní elektrickým oblúkom v rôznych režimoch (poskytnutím možnosti regulovať veľkosť fázového posunu napätia v rovnakých fázach A1 , B1, C1 a A2, B2, C2, a vo všeobecnosti vo fázach Ai, Bi, Ci vinutia kotvy statora v navrhovanom synchrónnom generátore). Navrhovaný synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov je možné s vhodnou komutáciou vinutia kotvy statora použiť na napájanie širokej škály viacfázových prijímačov striedavého elektrického prúdu s rôznymi parametrami napájacieho napätia. Okrem toho dodatočné usporiadanie magnetických pólov s rovnakým názvom („sever“ a teda „juh“) prstencových magnetických vložiek 11 v susedných prstencových rotoroch 10 sa navzájom zhoduje v rovnakých radiálnych rovinách. ako spojenie koncov fáz A1, B1, C1 vinutia kotvy 7 v prstenci Magnetické jadro 5 jedného modulu statorovej nosnej jednotky so začiatkami podobných fáz A2, B2, C2 vinutie kotvy 8 v susednom module nosnej zostavy statora (sériové zapojenie rovnakých fáz vinutia kotvy statora) umožňuje zabezpečiť plynulú a efektívnu reguláciu výstupného napätia synchrónneho generátora od maximálnej hodnoty (2U). f1 a vo všeobecnom prípade pre počet n sekcií statorovej nosnej jednotky nU f1) až 0, ktoré možno použiť aj na napájanie špeciálnych elektrických strojov a zariadení elektrickou energiou.

Nárokovať

1. Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov, obsahujúci nosnú statorovú zostavu s nosnými ložiskami, na ktorej je po obvode uložený prstencový magnetický obvod s pólovými výstupkami, vybavený na nich umiestnenými elektrickými cievkami s viacfázovým vinutím kotvy statora, inštalovaný na nosnom hriadeli s možnosťou otáčania v uvedených nosných ložiskách okolo prstencového magnetického jadra statora prstencový rotor s prstencovou magnetickou vložkou uložený na vnútornej bočnej stene s magnetickými pólmi striedajúcimi sa v obvodovom smere z p-párov, prekrytie pólových výstupkov elektrickými cievkami vinutia kotvy uvedeného prstencového magnetického jadra statora, vyznačujúce sa tým, že nosná statorová zostava je vyrobená zo skupiny identických modulov so špecifikovaným prstencovým magnetickým jadrom a prstencovým rotorom namontovaným na jednom nosnom hriadeli, pričom moduly statorovej nosnej jednotky sú inštalované s možnosťou ich vzájomného otáčania okolo osi koaxiálnej s nosným hriadeľom a sú vybavené kinematicky pripojeným pohonom na ich uhlové otáčanie voči sebe navzájom, a to isté fázy vinutia kotvy v moduloch nosnej jednotky statora sú vzájomne prepojené a tvoria spoločné fázy vinutia kotvy statora.

2. Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že rovnaké magnetické póly prstencových magnetických vložiek prstencových rotorov v susedných moduloch jednotky statorového nosiča sú umiestnené navzájom zhodne v rovnakých radiálnych rovinách. a konce fáz vinutia kotvy v jednom nosnom module statorových uzlov sú spojené so začiatkami rovnakých fáz vinutia kotvy v inom, susednom module nosného statorového uzla, tvoriace vo vzájomnom spojení spoločné fázy nosného statorového uzla. vinutie kotvy statora.

3. Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že každý z modulov statorovej nosnej jednotky obsahuje prstencovú objímku s vonkajšou prítlačnou prírubou a miskou so stredovým otvorom na konci a prstencový rotor v každom z modulov statorovej nosnej jednotky obsahuje prstencový plášť s vnútornou prítlačnou prírubou, v ktorej je nainštalovaná uvedená zodpovedajúca prstencová magnetická vložka, pričom uvedené prstencové puzdrá modulov statorovej nosnej jednotky sú spojené s ich vnútornou valcovou stranou steny k jednému z uvedených podporných ložísk, z ktorých druhé je spojené so stenami stredových otvorov na koncoch uvedených zodpovedajúcich pohárov, prstencové plášte prstencového rotora sú pevne spojené s nosným hriadeľom pomocou upevňovacích jednotiek a prstencový magnetický obvod v príslušnom module statorovej nosnej jednotky je namontovaný na špecifikovanej prstencovej objímke, pevne pripevnenej svojou vonkajšou prítlačnou prírubou k bočnej valcovej stene misky a tvoriacej spolu s ňou prstencovú dutinu, v ktorom obsahuje špecifikovaný zodpovedajúci prstencový magnetický obvod s elektrickými cievkami príslušného vinutia kotvy statora.

4. Synchrónny generátor s budením z permanentných magnetov podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že každá z upevňovacích jednotiek spájajúcich prstencový plášť prstencového rotora s nosným hriadeľom obsahuje náboj namontovaný na nosnom hriadeli s príruba pevne spojená s vnútornou prítlačnou prírubou zodpovedajúceho prstencového plášťa.

5. Synchrónny generátor s budením permanentnými magnetmi podľa nároku 4, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že pohon na uhlové otáčanie modulov statorovej nosnej jednotky voči sebe je namontovaný pomocou nosnej jednotky na moduloch statorovej nosnej jednotky.

6. Synchrónny generátor s budením permanentnými magnetmi podľa nároku 5, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že pohon na uhlové otáčanie modulov statorovej nosnej jednotky voči sebe je vytvorený ako skrutkový mechanizmus s vodiacou skrutkou a maticou a nosná jednotka pre pohon na uhlové otáčanie modulov statorovej nosnej jednotky obsahuje nosné očko upevnené na jednom z uvedených skiel a nosnú tyč na druhom skle, pričom vodiaca skrutka je kĺbovo spojená dvojstupňovým záves na jednom konci pomocou osi rovnobežnej s osou uvedeného nosného hriadeľa, pričom uvedená nosná tyč je vyrobená s vodiacou štrbinou umiestnenou pozdĺž oblúka kruhu a Matica skrutkového mechanizmu je na jednom konci kĺbovo spojená s uvedené oko je na druhom konci vyrobené s driekom prevlečeným cez vodiacu štrbinu v nosnej tyči a je vybavené blokovacím prvkom.

Veľmi pekne vám ďakujeme za váš príspevok k rozvoju domácej vedy a techniky!