Alternator synchroniczny na magnesach. Bezszczotkowy generator synchroniczny z magnesami trwałymi

W maszynach synchronicznych tego typu powstaje stale skierowane pole wzbudzenia za pomocą magnesy trwałe. Maszyny synchroniczne z magnesami trwałymi nie wymagają wzbudnicy i ze względu na brak wzbudzenia i straty na styku ślizgowym mają wysoką sprawność, ich niezawodność jest znacznie wyższa niż konwencjonalnych maszyn synchronicznych, w których wirujące uzwojenie wzbudzenia i urządzenie szczotkowe są często uszkodzone; ponadto praktycznie nie wymagają konserwacji przez cały okres użytkowania.
Magnesy trwałe mogą zastąpić uzwojenie wzbudzenia zarówno w konwencjonalnych wielofazowych maszynach synchronicznych, jak i we wszystkich opisanych powyżej wersjach specjalnych (maszyny synchroniczne jednofazowe, maszyny synchroniczne dziobowo-biegunowe i maszyny indukcyjne).
Maszyny synchroniczne z magnesami trwałymi różnią się od swoich odpowiedników ze wzbudzeniem elektromagnetycznym konstrukcją induktorowych układów magnetycznych. Analogiem wirnika konwencjonalnej maszyny synchronicznej bez biegunów jest cylindryczny magnes pierścieniowy namagnesowany w kierunku promieniowym (ryc. 6).

Induktor systemy magnetyczne z magnesami cylindrycznymi i gwiaździstymi;
a - magnes w kształcie gwiazdy bez nabiegunników; b - czterobiegunowy magnes cylindryczny

Ryż. 2. Wirnik z biegunami w kształcie pazurów wzbudzany magnesem trwałym:
1 - magnes trwały pierścieniowy; 2 - dysk z układem biegunów południowych; 3 - dysk z układem biegunów północnych

Wirnik z wystającymi biegunami konwencjonalnej maszyny ze wzbudzeniem elektromagnetycznym jest podobny do wirnika z magnesem w kształcie gwiazdy na ryc. 1, a, w którym magnes 1 jest osadzony na wale 3 za pomocą odlewu ze stopu aluminium 2.

W wirniku z biegunami kłowymi (rys. 2) pierścieniowy magnes namagnesowany osiowo zastępuje pierścieniowe uzwojenie wzbudzenia. W maszynie z przeciwbiegunowym wzbudnikiem zgodnie z rys. wzbudzenie elektromagnetyczne można zastąpić magnetycznym, jak pokazano na ryc. 3 (zamiast trzech małych ząbków w każdej ze stref I-IV, w każdej ze stref jest po jednym ząbku). Odpowiedni analog ze wzbudzeniem magnetycznym jest również dostępny dla maszyny o tym samym biegunie. Magnes trwały może w tym przypadku mieć postać osiowo namagnesowanego pierścienia, który jest wkładany pomiędzy ramę i osłonę końcową.

Ryż. 3. Wielobiegunowy generator indukcyjny ze wzbudzeniem magnetoelektrycznym:
OYA - uzwojenie twornika; PM - magnes trwały
Do opisu procesów elektromagnetycznych w maszynach synchronicznych z magnesami trwałymi całkiem odpowiednia jest teoria maszyn synchronicznych ze wzbudzeniem elektromagnetycznym, której podstawy nakreślono w poprzednich rozdziałach tej sekcji. Aby jednak wykorzystać tę teorię i zastosować ją do obliczenia charakterystyk maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi w trybie prądnicowym lub silnikowym, należy najpierw wyznaczyć SEM z krzywej rozmagnesowania magnesu trwałego bezczynny ruch E, czyli współczynnik wzbudzenia r = Ef / U i obliczyć reaktancje indukcyjne Xad i X, uwzględniając wpływ oporu magnetycznego magnesu, który może być na tyle znaczący, że Xa(1< Xaq.
Maszyny z magnesami trwałymi zostały wynalezione u zarania rozwoju elektromechaniki. Jednak w ostatnich dziesięcioleciach znalazły one szerokie zastosowanie w związku z rozwojem nowych materiałów na magnesy trwałe o dużej energii właściwej (np. magnico czy stopy na bazie samaru i kobaltu). Maszyny synchroniczne z takimi magnesami pod względem masy i wielkości oraz Charakterystyka wydajności w pewnym zakresie mocy i prędkości mogą konkurować z maszynami synchronicznymi ze wzbudzeniem elektromagnetycznym.

Moc szybkich generatorów synchronicznych z magnesami trwałymi do zasilania sieci pokładowej samolotów sięga kilkudziesięciu kilowatów. Generatory i silniki z magnesami trwałymi małej mocy są stosowane w samolotach, samochodach, ciągnikach, gdzie ich wysoka niezawodność ma ogromne znaczenie. jako silniki niska moc są szeroko stosowane w wielu innych obszarach technologii. W porównaniu z silniki odrzutowe mają wyższą stabilność prędkości, lepszą wydajność energetyczną, gorsze od nich pod względem kosztów i właściwości rozruchowych.
Ze względu na metody rozruchu silniki synchroniczne z magnesami trwałymi małej mocy dzielą się na silniki samorozruchowe i silniki z rozruchem asynchronicznym.
Samorozruchowe silniki z magnesami trwałymi małej mocy służą do napędzania mechanizmów zegarowych i różnych przekaźników, różnych urządzenia programowe itp. Moc znamionowa tych silników nie przekracza kilku watów (zwykle ułamek wata). Dla ułatwienia rozruchu silniki są wielobiegunowe (p>8) i zasilane z sieci jednofazowej o częstotliwości sieciowej.
W naszym kraju takie silniki są produkowane w serii DSM, w której konstrukcja obwodu magnetycznego stojana w kształcie dzioba i jednofazowe uzwojenie twornika są wykorzystywane do tworzenia pola wielobiegunowego.
Rozruch tych silników odbywa się z powodu momentu synchronicznego z interakcji pola pulsującego z magnesami trwałymi wirnika. Aby uruchomienie zakończyło się sukcesem i prawa strona, użyj specjalnych urządzeń mechanicznych, które umożliwiają obracanie się wirnika tylko w jednym kierunku i odłącz go od wału podczas synchronizacji
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi małej mocy o rozruchu asynchronicznym produkowane są z promieniowym układem magnesu trwałego i zwartym uzwojeniem rozruchowym oraz z osiowym układem magnesu trwałego i zwartym uzwojeniem rozruchowym. Zgodnie z konstrukcją stojana silniki te nie różnią się niczym od maszyn ze wzbudzeniem elektromagnetycznym. Uzwojenie stojana w obu przypadkach jest dwu- lub trójfazowe. Różnią się tylko konstrukcją wirnika.
W silniku z promieniowym ułożeniem magnesu i zwartym uzwojeniem, ten ostatni jest umieszczony w rowkach laminowanych nabiegunników magnesów trwałych.Dla uzyskania akceptowalnych strumieni upływu, pomiędzy końcówkami sąsiednich słupy. Czasami, w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej rotora, końcówki łączy się nasycalnymi mostkami w cały rdzeń pierścienia.
W silniku z osiowym położeniem magnesu i zwartym uzwojeniem część długości czynnej zajmuje magnes trwały, a na jego drugiej części obok magnesu laminowany obwód magnetyczny ze zwartym uzwojenie jest umieszczone, a zarówno magnes trwały, jak i laminowany obwód magnetyczny są zamontowane na wspólnym wale. Ze względu na to, że silniki z magnesami trwałymi pozostają wzbudzone podczas rozruchu, ich rozruch jest mniej korzystny niż w konwencjonalnych silnikach synchronicznych, których wzbudzenie jest wyłączone. Wyjaśnia to fakt, że podczas rozruchu, wraz z dodatnim momentem asynchronicznym z oddziaływania pola wirującego z prądami indukowanymi w zwartym uzwojeniu, na wirnik działa ujemny moment asynchroniczny z oddziaływania magnesów trwałych z prądy indukowane przez pole magnesów trwałych w uzwojeniu stojana.

Wzór użytkowy odnosi się do elektrotechniki, a mianowicie do maszyny elektryczne, i dotyczy doskonalenia konstrukcji końcowych generatorów synchronicznych, które można wykorzystać głównie do uzyskania energia elektryczna w elektrowniach wiatrowych. Konstrukcja generatora zawiera obudowę, w której umieszczone są naprzemienne elementy układu elektromagnetycznego (wirnik-stojan-wirnik), wykonane w postaci tarcz osadzonych na stałym wale, z którym sztywno połączona jest tarcza stojana, na stałe na tarczach wirnika zamocowane są magnesy, a na tarczy stojana - cewki tworzące jego pierścieniowe uzwojenie z wyprowadzeniem jego końców przez osiowy otwór w wale, gdzie obudowa składa się z dwóch tarcz - przedniej i tylnej, zamontowanych na wale w łożyskowanych, tarcza przednia posiada wał osłonowy, tarcze wirnika zamocowane są na ww. osłonach, tarcza stojana zamocowana na wale wielołopatkowymi łącznikami po obu stronach, gdzie każda łopatka umieszczona jest w szczelinie technologicznej pomiędzy cewkami elektrycznymi . Zaletami tego generatora są: mniejsze w porównaniu ze znanymi maszynami tego samego typu o tych samych wskaźnikach mocy, masy i wielkości; niezawodność w działaniu; łatwość produkcji; wysoka wydajność; wykonalność montażu-demontażu generatora i jego łatwość konserwacji; możliwość wykonania dowolnych wymiarów dzięki mocowaniu rdzenia stojana na stałym wale za pomocą wielołopatkowych ogniw po obu stronach.

Wzór użytkowy dotyczy elektrotechniki, czyli maszyn elektrycznych i dotyczy udoskonalenia konstrukcji końcowych generatorów synchronicznych, które mogą być wykorzystane przede wszystkim do wytwarzania energii elektrycznej w turbinach wiatrowych.

Znany synchroniczny generator elektryczny ze wzbudzeniem z magnesów trwałych, wykonany na końcu, zawierający stojan, składający się z dwóch części z pierścieniowymi rdzeniami magnetycznymi umieszczonymi współosiowo i równolegle względem siebie, pomiędzy którymi umieszczony jest wirnik.

W zastosowanej konstrukcji wirnik wykonany jest w postaci tarczy, na której z obu stron zamocowane są magnesy trwałe, w wyniku czego można je przemagnesować z jednej strony na drugą, co prowadzi do obniżenia charakterystyk magnesów trwałych, a w konsekwencji spadek sprawności generatora.

Najbliżej zastrzeganego obiektu znajduje się końcowy synchroniczny generator elektryczny ze wzbudzeniem z magnesów trwałych, zawierający dwa wirniki z magnesami trwałymi i znajdujący się pomiędzy nimi stojan z cewkami ułożonymi w promieniowych rowkach umieszczonych na powierzchni czołowej stojana.

Umieszczenie cewek w żłobkach zmniejsza szczelinę roboczą, co może prowadzić do zakleszczania się rdzenia stojana z magnesami trwałymi, w wyniku czego generator staje się

nieoperacyjny. Zastosowanie żłobków prowadzi do pojawienia się niepożądanych składowych harmonicznych prądów, indukcji w szczelinie, a w konsekwencji do wzrostu strat i odpowiednio do spadku sprawności generatora. Wirniki tarczowe są połączone ze sobą za pomocą kołków zasilających, co zmniejsza sztywność i niezawodność konstrukcji.

Efektem technicznym zaproponowanego rozwiązania, jako modelu użytkowego, jest wyeliminowanie ewentualnego sklejania się rdzenia stojana magnesami trwałymi, co zapewni gwarantowaną pracę generatora oraz zmniejszy straty, a w konsekwencji zwiększy sprawność poprzez zastosowanie pierścieniowe uzwojenie stojana. Ten model ma sztywniejszą konstrukcję dzięki połączeniu wirników ze sobą poprzez przymocowanie ich do obudowy generatora, co zwiększa jego niezawodność. Rdzeń stojana osadzony jest na nieruchomym wale za pomocą wielołopatkowych ogniw po obu stronach, co prowadzi do zmniejszenia parametrów masy i gabarytów czołowej prądnicy synchronicznej ze wzbudzeniem z magnesów trwałych oraz umożliwia wykonanie prądnicy o wystarczająco dużych średnicach wewnętrznych i zewnętrznych. Zaproponowany model pozwala zapewnić wykonalność montażu i demontażu generatora oraz jego łatwość obsługi.

Wzór użytkowy zakłada obecność obudowy, w której znajdują się naprzemienne elementy układu elektromagnetycznego (wirnik-stojan-wirnik), które są wykonane w postaci dysków i są osadzone na stałym wale. W tym przypadku stojan jest sztywno połączony z tym ostatnim. Magnesy trwałe są zamocowane na tarczach wirnika, a cewki są zamocowane na tarczy stojana, tworząc jego pierścieniowe uzwojenie z wyjściem jego końców przez osiowy otwór w wale. Obudowa składa się z dwóch osłon - przedniej i tylnej, montowanych na wale w

namiar. Przednia osłona posiada osłonę wału. Tarcze wirnika zamocowane są na powyższych osłonach, a tarcza stojana na wale za pomocą wielołopatkowych ogniw po obu stronach, gdzie każda łopatka umieszczona jest w szczelinie technologicznej między cewkami elektrycznymi.

Rysunek 1 przedstawia generator w przekrój podłużny; rysunek 2 - stojan (widok z przodu).

Generator składa się ze stojana 1 i dwóch wirników 2. Rdzeń stojana jest wykonany w postaci tarczy uzyskanej przez nawinięcie paska stali elektrotechnicznej na trzpień, którego zewnętrzna średnica jest równa wewnętrznej średnicy stojana. Rdzeń jest zamocowany pomiędzy ogniwami wielołopatkowymi 3 po obu stronach. Każda łopatka jest umieszczona w szczelinie technologicznej między cewkami 4 pierścieniowego uzwojenia. Ogniwa wielołopatkowe są ze sobą skręcone. Ich podstawy wykonane są w postaci tulei, które są osadzone na stałym wale 5. Aby zapobiec ewentualnemu obracaniu się stojana, ogniwa są mocowane za pomocą klucza 6. Aby wyeliminować ruch osiowy stojana, jedno wielołopatkowe ogniwo jest dociskany do kołnierza wału, a drugi dociskany jest stalową tuleją 7, przykręconą do wału po obwodzie trzema śrubami. Wał posiada osiowy otwór, przez który wyprowadzane są końce uzwojenia do skrzynki zaciskowej.

Rdzenie wirników wykonane są ze stali konstrukcyjnej, podobnie jak rdzeń stojana, w postaci dysków, których szerokość jest równa długości magnesu trwałego 8. Magnesy trwałe mają postać sektorów pierścieniowych i są przyklejone do rdzenia. Szerokość magnesów jest równa szerokości cewek stojana i jest zbliżona do wartości podziału biegunów. Ich gabaryty ograniczone są jedynie szerokością łopatki umieszczonej pomiędzy cewkami uzwojenia stojana. Dołączone rdzenie

śruby z łbem stożkowym do wewnątrz osłony łożysk 9 i 10. Zastosowanie wkrętów z łbem stożkowym zmniejsza poziom hałasu podczas pracy generatora. Tarcze wykonane są ze stopu aluminium. Łączone są również ze sobą śrubami z łbem stożkowym - jedna z osłon posiada specjalne wgłębienia, w które wciskane są stalowe nakrętki (dla wzmocnienia połączenia, gdyż aluminium - miękki materiał), w które śruby są już wkręcone. W osłonach zamocowane są łożyska 11 ze stale wypełnionym smarem i dwiema podkładkami ochronnymi. Tarcza łożyska 9 ma osłonę wału 12 wykonaną ze stali. Pełni w tym generatorze dwie funkcje: a) zamyka łożysko; b) odbiera obrót napędu. Pokrywa wału mocowana jest do tarczy łożyska 9 śrubami od jej wewnętrznej strony.

Działanie tego generatora odbywa się w następujący sposób: napęd przenosi moment obrotowy przez pokrywę wału 12 na cały korpus, w wyniku czego wirniki zaczynają się obracać. Zasada działania tego generatora jest podobna do zasady działania znanych generatorów synchronicznych: gdy wirniki 2 obracają się, pole magnetyczne magnesów trwałych przecina zwoje uzwojenia stojana, zmieniając zarówno wartość bezwzględną, jak i kierunek, oraz indukuje w nich zmienną siłę elektromotoryczną. Cewki uzwojenia są połączone szeregowo w taki sposób, że ich siły elektromotoryczne sumują się. Wytworzone napięcie pobierane jest z wyjściowych końcówek uzwojenia, które przez otwór osiowy w wale 5 trafiają do skrzynki zaciskowej.

Taka konstrukcja generatora pozwala wyeliminować ewentualne sklejanie się rdzenia stojana z magnesami trwałymi, a tym samym zapewnić gwarantowaną pracę generatora; daje

możliwość zmniejszenia pulsacji i strat powierzchniowych w stali dzięki zastosowaniu bezszczelinowego rdzenia i pierścieniowego uzwojenia stojana, w wyniku czego wzrasta sprawność. Pozwala również na zwiększenie niezawodności generatora dzięki zastosowaniu sztywniejszej konstrukcji (połączenie wirników ze sobą poprzez przymocowanie ich do obudowy generatora), zmniejszenie masy i gabarytów przy tej samej mocy oraz wykonać generator dowolnego rozmiaru, mocując rdzeń stojana do stałego wału z wielołopatkowymi ogniwami po obu stronach. Zaproponowany model pozwala zapewnić wykonalność montażu i demontażu generatora oraz jego łatwość obsługi.

Prądnica synchroniczna końcowa ze wzbudzeniem z magnesów trwałych, zawierająca obudowę, w której umieszczone są naprzemienne elementy układu elektromagnetycznego (wirnik – stojan – wirnik), wykonana w postaci tarcz osadzonych na stałym wale, gdzie tarcza stojana jest sztywno połączona do tych ostatnich na magnesach tarczy wirnika zamocowane są stałe, a na tarczy stojana znajdują się cewki tworzące jej pierścieniowe uzwojenie, których końce wychodzą przez osiowy otwór w wale, charakteryzujący się tym, że obudowa składa się z dwóch tarcz - przedniej i tylna, osadzona na wale w łożyskach, przednia osłona posiada osłonę wału, tarcze wirnika zamocowane są na powyższych osłonach, tarcza stojana zamocowana jest na wale za pomocą wielołopatkowych łączników po obu stronach, gdzie każda łopatka jest osadzona w szczelinie technologicznej między cewkami elektrycznymi.

Dmitrij Lewkin

Główną różnicą między silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSM) jest wirnik. Z przeprowadzonych badań wynika, że ​​PMSM ma o około 2% więcej niż wysoce skuteczny (IE3) asynchroniczny silnik elektryczny, pod warunkiem, że stojan ma taką samą konstrukcję i ten sam służy do sterowania. Jednocześnie synchroniczne silniki elektryczne z magnesami trwałymi, w porównaniu z innymi silnikami elektrycznymi, mają najlepsze wskaźniki: moc / objętość, moment / bezwładność itp.

Budowa i typy silników synchronicznych z magnesami trwałymi

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi, jak każdy silnik, składa się z wirnika i stojana. Stojan jest częścią stałą, wirnik jest częścią obrotową.

Zwykle wirnik znajduje się wewnątrz stojana silnika elektrycznego, zdarzają się również konstrukcje z zewnętrznym wirnikiem - silniki elektryczne typu rewersyjnego.

Konstrukcje silnika synchronicznego z magnesami trwałymi: po lewej standardowy, po prawej odwrócony.

Wirnik składa się z magnesów trwałych. Jako magnesy trwałe stosuje się materiały o dużej sile koercji.

Zgodnie z konstrukcją wirnika silniki synchroniczne dzielą się na:

Silnik elektryczny z ukrytymi biegunami ma równą indukcyjność wzdłuż osi wzdłużnej i poprzecznej L d \u003d L q, podczas gdy w przypadku silnika elektrycznego z wyraźnymi biegunami indukcyjność poprzeczna nie jest równa wzdłużnej L q ≠ L d .

Przekrój wirników z inna postawa Ld/Lq. Magnesy są pokazane w kolorze czarnym. Ryciny e, f przedstawiają wirniki ułożone osiowo, figury c i h przedstawiają wirniki z barierami.

Ponadto, zgodnie z konstrukcją wirnika, SDPM dzieli się na:
• Silnik synchroniczny montowane na powierzchni magnesy trwałe
  (Angielski SPMSM - powierzchniowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi) ;
• Silnik synchroniczny z wbudowanym(wbudowane) magnesy
  (Angielski IPMSM - wewnętrzny silnik synchroniczny z magnesami trwałymi).

wirnik silnika synchronicznego c montaż powierzchniowy magnesy trwałe

Wirnik silnika synchronicznego z wbudowanymi magnesami

stojan składa się z korpusu i rdzenia z uzwojeniem. Najpopularniejsze konstrukcje z uzwojeniem dwu- i trójfazowym.

W zależności od konstrukcji stojana silnik synchroniczny z magnesami trwałymi może być:
• z uzwojeniem rozproszonym;
• ze skoncentrowanym uzwojeniem.

Rozpowszechniane nazwij takie uzwojenie, w którym liczba żłobków na biegun i fazę Q = 2, 3, ...., k.

Skoncentrowany nazywają takie uzwojenie, w którym liczba żłobków na biegun i fazę Q \u003d 1. W tym przypadku żłobki są równomiernie rozmieszczone na obwodzie stojana. Dwie cewki tworzące uzwojenie mogą być połączone szeregowo lub równolegle. Główną wadą takich uzwojeń jest brak możliwości wpływania na kształt krzywej EMF.

Schemat trójfazowego uzwojenia rozproszonego

Schemat trójfazowego uzwojenia skupionego

Forma wstecznego pola elektromagnetycznego silnik elektryczny może być:
• trapezowy;
• sinusoidalny.

Kształt krzywej EMF w przewodniku jest określony przez krzywą rozkładu indukcji magnetycznej w szczelinie wzdłuż obwodu stojana.

Wiadomo, że indukcja magnetyczna w szczelinie pod wyraźnym biegunem wirnika ma kształt trapezu. SEM indukowane w przewodniku ma tę samą postać. Jeśli konieczne jest wytworzenie sinusoidalnego pola elektromagnetycznego, wówczas nabiegunniki są kształtowane w taki sposób, aby krzywa rozkładu indukcji była zbliżona do sinusoidy. Ułatwiają to skosy nabiegunników wirnika.

Zasada działania silnika synchronicznego opiera się na interakcji stojana i stałego pola magnetycznego wirnika.

Biegać

Zatrzymać

Wirujące pole magnetyczne silnika synchronicznego

Pole magnetyczne wirnika, oddziałujące z synchronicznym prądem przemiennym uzwojeń stojana, zgodnie z, tworzy, powodując obrót wirnika ().

Magnesy trwałe umieszczone na wirniku PMSM wytwarzają stałe pole magnetyczne. Przy synchronicznej prędkości obrotowej wirnika z polem stojana bieguny wirnika zazębiają się z wirującym pole magnetyczne stojan. W związku z tym PMSM nie może sam się uruchomić, gdy jest podłączony bezpośrednio do sieci prądu trójfazowego (częstotliwość prądu w sieci wynosi 50 Hz).

Sterowanie silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi wymaga układu sterowania, takiego jak na przykład serwonapęd. Jednocześnie istnieje duża liczba metody sterowania realizowane przez systemy sterowania. Wybór Najlepszym sposobem sterowania, zależy głównie od zadania, jakie jest postawione przed napędem elektrycznym. Główne metody sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi przedstawiono w poniższej tabeli.

Popularne sposoby sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi

Do rozwiązywania prostych problemów zwykle stosuje się sterowanie trapezowe za pomocą czujników Halla (na przykład wentylatory komputerowe). W przypadku aplikacji, które wymagają maksymalnej wydajności napędu, zwykle wybiera się sterowanie zorientowane na pole.

Sterowanie trapezowe

Jedną z najprostszych metod sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi jest sterowanie trapezowe. Sterowanie trapezowe służy do sterowania PMSM z trapezowym tylnym EMF. Jednocześnie metoda ta pozwala również na sterowanie PMSM sinusoidalnym SEM wstecznym, ale wtedy średni moment napędu elektrycznego będzie niższy o 5%, a tętnienie momentu wyniesie 14% wartości maksymalnej. Istnieje sterowanie trapezowe bez sprzężenia zwrotnego i ze sprzężeniem zwrotnym o położeniu wirnika.

Kontrola brak informacji zwrotnej nie jest optymalna i może doprowadzić do utraty synchronizmu PMSM, tj. do utraty kontroli.

Kontrola z informacją zwrotną Można podzielić na:
• sterowanie trapezowe za pomocą czujnika położenia (zwykle za pomocą czujników Halla);
• sterowanie trapezowe bez enkodera (sterowanie trapezowe bezczujnikowe).

Jako czujnik położenia wirnika w sterowaniu trapezowym trójfazowego PMSM stosuje się zazwyczaj trzy czujniki Halla wbudowane w silnik elektryczny, które pozwalają na określenie kąta z dokładnością ±30 stopni. Przy takim sterowaniu wektor prądu stojana zajmuje tylko sześć pozycji na okres elektryczny, co powoduje falowanie momentu obrotowego na wyjściu.

Położenie wirnika można określić na dwa sposoby:
• przez czujnik położenia;
• bezczujnikowy - poprzez obliczanie kąta w czasie rzeczywistym przez system sterowania na podstawie dostępnych informacji.

Zorientowane na pole sterowanie PMSM za pomocą czujnika położenia

Jako czujnik kąta stosowane są następujące typy czujników:
• indukcyjne: transformator obrotowy sinus-kosinus (SKVT), reduktozyna, induktozyna itp.;
• optyczny;
• magnetyczne: czujniki magnetorezystancyjne.

Sterowanie zorientowane na pole PMSM bez enkodera

Ze względu na szybki rozwój mikroprocesorów od lat 70. XX wieku zaczęto opracowywać bezczujnikowe wektorowe metody sterowania bezszczotkowym prądem zmiennym. Pierwsze bezczujnikowe metody wykrywania kąta opierały się na właściwościach silnika elektrycznego do generowania wstecznego pola elektromagnetycznego podczas obrotu. Tylna EMF silnika zawiera informacje o położeniu wirnika, więc obliczając wartość tylnej EMF w stacjonarnym układzie współrzędnych, można obliczyć położenie wirnika. Ale gdy wirnik się nie porusza, nie ma wstecznego pola elektromagnetycznego, a przy niskich prędkościach tylne pole elektromagnetyczne ma małą amplitudę, którą trudno odróżnić od szumu, więc ta metoda nie nadaje się do określania położenia wirnika silnika przy niskie prędkości.

Istnieją dwie typowe opcje uruchamiania PSDM:
• wyzwalanie skalarne - wyzwalanie na z góry określonej charakterystyce napięcia w funkcji częstotliwości. Jednak sterowanie skalarne znacznie ogranicza możliwości układu sterowania i parametry napędu elektrycznego jako całości;
• - działa tylko z PMSM, w którym wirnik ma wyraźne bieguny.

Obecnie możliwe tylko dla silników z wirnikiem z wyraźnymi biegunami.

Wynalazek dotyczy dziedziny elektrotechniki i elektrotechniki, w szczególności generatorów synchronicznych ze wzbudzeniem z magnesów trwałych. Efektem technicznym jest rozszerzenie parametrów pracy generatora synchronicznego o zapewnienie możliwości regulacji zarówno jego mocy czynnej, jak i wyjściowego napięcia przemiennego, a także zapewnienie możliwości wykorzystania go jako źródła prądu spawania podczas prowadzenia spawania łukiem elektrycznym w różnych trybach. Prądnica synchroniczna wzbudzana magnesami trwałymi zawiera zespół łożyskowy stojana z łożyskami oporowymi (1, 2, 3, 4), na którym osadzony jest zespół pierścieniowych obwodów magnetycznych (5) z występami biegunów wzdłuż obwodu, wyposażony w cewki elektryczne (6) na nich umieszczone wielofazowe uzwojenia kotwiczne (7) i (8) stojana, zamocowane na wale nośnym (9) z możliwością obracania się w łożyskach nośnych (1, 2, 3, 4) wokół zespół łożyska stojana, zespół pierścieniowych wirników (10) z pierścieniowymi wirnikami zamontowanymi na wewnętrznych ściankach bocznych wkładek magnetycznych (11) z biegunami magnetycznymi naprzemiennymi w kierunku obwodowym z p-par, pokrywających występy biegunów cewkami elektrycznymi (6) uzwojeń twornika (7, 8) pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana. Zespół łożyskowy stojana wykonany jest z grupy identycznych modułów. Moduły zespołu łożyskowego stojana są instalowane z możliwością ich obracania względem siebie wokół osi sosny z wałem nośnym (9) i wyposażone są w połączony z nimi kinematycznie napęd do obrotu kątowego względem siebie inne, a fazy uzwojeń kotwicy wspomnianych modułów o tej samej nazwie są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy uzwojenie twornika stojana. 5 zł f-ly, 3 chore.

Rysunki do patentu RF 2273942

Wynalazek dotyczy dziedziny elektrotechniki, w szczególności generatorów synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi i może być stosowany w autonomicznych źródłach zasilania w samochodach, łodziach, a także w autonomicznych zasilaczach dla odbiorców prądu przemiennego zarówno standardowych przemysłowych częstotliwości i podwyższonej częstotliwości oraz w elektrowniach autonomicznych jako źródło prądu spawania do spawania łukiem elektrycznym w terenie.

Znany generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi, zawierający zespół nośny stojana z łożyskami nośnymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunów wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z uzwojeniem twornika stojana, a także zamontowany na wał nośny do obracania się we wspomnianych łożyskach podtrzymujących, wirnik z magnesami stałego wzbudzenia (patrz np. A.I. Voldek, „Electric Machines”, red. Energia, oddział w Leningradzie, 1974, s. 794).

Wadą znanego generatora synchronicznego jest znaczne zużycie metalu i duże wymiary ze względu na znaczne zużycie metalu i wymiary masywnego cylindrycznego kształtu wirnika, wykonanego z magnesami stałego wzbudzenia wykonanymi ze stopów magnetycznie twardych (takich jak alni, alnico, magnico itp. .).

Znana jest również prądnica synchroniczna wzbudzana magnesami trwałymi, zawierająca zespół łożyskowy stojana z łożyskami oporowymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunów wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z uzwojeniem twornika stojana, wirnik pierścieniowy zamontowany w celu obracania się wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana z pierścieniową wkładką magnetyczną zamontowaną na wewnętrznej ścianie bocznej z biegunami magnetycznymi naprzemiennymi w kierunku obwodowym, przykrywającą występy biegunowe cewkami elektrycznymi uzwojenia twornika określonego pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana ( patrz np. patent RF nr 2141716, klasa N 02 K 21/12 według zgłoszenia nr 4831043/09 z 2 marca 1988 r.).

Wadą znanego generatora synchronicznego ze wzbudzeniem z magnesów trwałych są wąskie parametry pracy wynikające z braku możliwości sterowania mocą czynną generatora synchronicznego, gdyż w konstrukcji tego synchronicznego generatora indukcyjnego nie ma możliwości szybkiej zmiany wartość sumy strumień magnetyczny tworzone przez poszczególne magnesy trwałe określonej pierścieniowej wkładki magnetycznej.

Najbliższym analogiem (prototypem) jest prądnica synchroniczna wzbudzana magnesami trwałymi, zawierająca zespół łożyskowy stojana z łożyskami oporowymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z listwami biegunowymi wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z wielostopniowym -fazowe uzwojenie twornika stojana, osadzone na wale nośnym z możliwością obracania się we wspomnianych łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana RF nr 2069441, klasa H 02 K 21/22 wg zgłoszenia nr 4894702/07 z 01.06.1990).

Wadą znanego generatora synchronicznego ze wzbudzeniem z magnesów trwałych są również wąskie parametry pracy, ze względu zarówno na brak możliwości sterowania mocą czynną synchronicznego generatora indukcyjnego, jak i brak możliwości sterowania wielkością wyjściowego napięcia przemiennego, co sprawia, że trudne do wykorzystania jako źródło prądu spawania w spawaniu łukowym (w konstrukcji znanego generatora synchronicznego nie ma możliwości szybkiej zmiany wielkości całkowitego strumienia magnetycznego poszczególnych magnesów trwałych, które tworzą pierścieniową wkładkę magnetyczną pomiędzy nimi).

Celem niniejszego wynalazku jest rozszerzenie parametrów pracy generatora synchronicznego poprzez zapewnienie możliwości regulacji zarówno jego mocy czynnej, jak i możliwości regulacji napięcia przemiennego, a także zapewnienie możliwości wykorzystania go jako źródła prądu spawania podczas spawania łukiem elektrycznym w różnych trybach.

Cel ten osiąga się przez to, że prądnica synchroniczna wzbudzana magnesami trwałymi, zawierająca zespół łożyskowy stojana z łożyskami oporowymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunów wzdłuż obwodu, wyposażona jest w umieszczone na nich cewki elektryczne o wielofazowe uzwojenie twornika stojana, zamocowane na wale nośnym z możliwością obracania się we wspomnianych łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana; stojan zbudowany jest z zespołu identycznych modułów o określonym pierścieniowym obwodzie magnetycznym i pierścieniowym obwodzie magnetycznym stojana wirnik, osadzony na jednym wale nośnym z możliwością obracania się względem siebie wokół osi współosiowej z wałem nośnym, oraz są one połączone napędem połączonym z nimi kinematycznie w celu obracania ich względem siebie, a te same fazy uzwojeń twornika w modułach zespołu łożyskowego stojana są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy uzwojenia twornika stojana.

Dodatkową różnicą proponowanego generatora synchronicznego ze wzbudzeniem z magnesów trwałych jest to, że te same bieguny magnetyczne pierścieniowych wkładów magnetycznych pierścieniowych wirników w sąsiednich modułach zespołu nośnego stojana są usytuowane kongruentnie względem siebie w tych samych płaszczyznach promieniowych, a końce faz uzwojenia twornika w jednym module zespołu nośnego stojana są połączone z początkami faz uzwojenia twornika o tej samej nazwie w innym sąsiednim module zespołu nośnego stojana, tworząc w połączeniu ze sobą wspólne fazy stojana uzwojenie twornika.

Ponadto każdy z modułów zespołu łożyska stojana zawiera pierścieniową tuleję z zewnętrznym kołnierzem oporowym i tuleję z centralnym otworem na końcu, a pierścieniowy wirnik w każdym z modułów zespołu nośnego stojana zawiera pierścieniową osłonę z wewnętrznym kołnierzem oporowym, w którym zainstalowana jest wspomniana odpowiednia pierścieniowa wkładka magnetyczna. , przy czym wspomniane tuleje pierścieniowe modułów zespołu łożyska stojana są połączone swoją wewnętrzną cylindryczną ścianą boczną z jednym ze wspomnianych łożysk nośnych, z których drugie są połączone ze ściankami otworów środkowych na końcach wskazanych odpowiednich kubków, pierścieniowe płaszcze pierścieniowego wirnika są sztywno połączone z wałem nośnym za pomocą elementów mocujących, a pierścieniowy obwód magnetyczny w odpowiednim module stojana zespół łożyskowy osadzony jest na określonej tulei pierścieniowej, sztywno przymocowanej zewnętrznym kołnierzem oporowym do bocznej cylindrycznej ścianki miseczki i tworzącej wraz z nią pierścieniową wnękę, w której umieszczona jest wskazówka odpowiedni pierścieniowy obwód magnetyczny z cewkami elektrycznymi odpowiedniego uzwojenia twornika stojana. Dodatkową różnicą proponowanej prądnicy synchronicznej ze wzbudzeniem z magnesów trwałych jest to, że każdy z zespołów mocujących łączących płaszcz pierścieniowy wirnika pierścieniowego z wałem nośnym zawiera piastę zamontowaną na wale nośnym z kołnierzem sztywno zamocowanym do wewnętrznego kołnierza oporowego odpowiedniej powłoki pierścieniowej.

Dodatkową różnicą proponowanego generatora synchronicznego ze wzbudzeniem z magnesów trwałych jest to, że napęd obrotu kątowego modułów zespołu nośnego stojana względem siebie jest osadzony za pomocą zespołu nośnego na modułach zespołu nośnego stojana.

Ponadto napęd obrotu kątowego względem siebie modułów zespołu łożyska stojana wykonany jest w postaci mechanizmu śrubowego ze śrubą pociągową i nakrętką, a zespół wsporczy dla napędu obrotu kątowego sekcji zespół nośny stojana zawiera ucho podtrzymujące zamocowane na jednej ze wspomnianych misek i pręt podtrzymujący na drugiej misce. wspomniany wałek nośny, z określoną belką nośną, wykonany ze szczeliną prowadzącą umieszczoną wzdłuż łuku koła, a nakrętka mechanizmu śrubowego połączona obrotowo na jednym końcu ze wspomnianym występem, na drugim końcu wykonany jest z trzpień przechodzi przez szczelinę prowadzącą w belce nośnej i jest wyposażony w element blokujący.

Istotę wynalazku ilustrują rysunki.

Rysunek 1 przedstawia ogólny widok proponowanego generatora synchronicznego ze wzbudzeniem z magnesów trwałych w przekroju podłużnym;

Figura 2 - widok A na figurze 1;

Rysunek 3 przedstawia schematycznie obwód wzbudzenia magnetycznego generatora synchronicznego w przykładzie wykonania z trójfazowymi obwodami elektrycznymi uzwojeń twornika stojana w położeniu początkowym (bez przesunięcia kątowego odpowiednich faz o tej samej nazwie w modułach nośnika stojana jednostka) dla liczby par biegunów stojana p=8;

Rysunek 4 - to samo, z fazami trójfazowymi obwody elektryczne uzwojenia kotwicy stojana, rozmieszczone względem siebie w położeniu kątowym pod kątem równym 360 / 2p stopni;

Rysunek 5 przedstawia tę opcję obwód elektryczny połączenia uzwojeń kotwicznych stojana generatora synchronicznego z połączeniem faz generatora z gwiazdą i szeregowym połączeniem tych samych faz we wspólnych fazach przez nie utworzonych;

Ryc. 6 przedstawia inną wersję obwodu elektrycznego do łączenia uzwojeń twornika stojana generatora synchronicznego z połączeniem faz generatora w trójkącie i szeregowym połączeniem tych samych faz we wspólnych fazach przez nie utworzonych;

Ryc. 7 przedstawia schematyczny diagram wektorowy zmiany wielkości napięć fazowych generatora synchronicznego z obrotem kątowym odpowiednich faz o tej samej nazwie uzwojeń twornika stojana (odpowiednio modułów jednostki nośnej stojana) przy odpowiedni kąt i kiedy te fazy są połączone zgodnie ze schematem „gwiazdy”;

Ryc. 8 - to samo, przy łączeniu faz uzwojenia kotwicy stojana zgodnie ze schematem „trójkąta”;

Rysunek 9 przedstawia schemat z wykresem zależności wyjściowego napięcia liniowego generatora synchronicznego od geometrycznego kąta obrotu tych samych faz uzwojeń twornika stojana przy zmniejszeniu odpowiedniego elektrycznego kąta obrotu napięcia wektor w fazie do łączenia faz zgodnie ze schematem „gwiazdy”;

Rysunek 10 przedstawia schemat z wykresem zależności wyjściowego napięcia liniowego generatora synchronicznego od geometrycznego kąta obrotu tych samych faz uzwojeń twornika stojana przy zmniejszeniu odpowiedniego elektrycznego kąta obrotu napięcia wektor w fazie do łączenia faz zgodnie ze schematem „trójkąta”.

Generator synchroniczny ze wzbudzeniem z magnesów trwałych zawiera zespół łożyskowy stojana z łożyskami oporowymi 1, 2, 3, 4, na których osadzony jest zespół identycznych pierścieniowych rdzeni magnetycznych 5 (np. w postaci monolitycznych tarcz wykonanych z kompozytu proszkowego materiał magnetycznie miękki) z występami biegunów wzdłuż obwodu, wyposażony w cewki elektryczne 6 umieszczone na nich z wielofazowymi (na przykład trójfazowymi i ogólnie m-fazowymi) uzwojeniami twornika 7, 8 stojana, zamontowanymi na wsporniku wał 9 z możliwością obracania się we wspomnianych łożyskach podporowych 1, 2, 3, 4 wokół zespołu łożyskowego stojana, zespół identycznych pierścieniowych wirników 10, z pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 11 montowanymi na wewnętrznych ściankach bocznych (np. postać monolitycznych pierścieni magnetycznych wykonanych z proszkowego materiału magnetoanizotropowego) z biegunami magnetycznymi naprzemiennymi w kierunku obwodowym z p-par (w tej wersji generatora liczba par p biegunów magnetycznych wynosi 8), pokrywających biegun występy z cewkami elektrycznymi 6 uzwojeń twornika 7, 8 wspomnianych pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 stojana. Zespół łożyskowy stojana składa się z grupy identycznych modułów, z których każdy zawiera pierścieniową tuleję 12 z zewnętrznym kołnierzem oporowym 13 oraz panewkę 14 z centralnym otworem „a” na końcu 15 i z boczną cylindryczną ścianką 16. Każdy z pierścieniowych wirników 10 zawiera pierścieniową osłonę 17 z wewnętrznym kołnierzem oporowym 18. Tuleje pierścieniowe 12 modułów zespołu łożyskowego stojana są połączone z ich wewnętrzną cylindryczną ścianą boczną za pomocą jednego z wymienionych łożysk podporowych (z łożyskami podporowymi 1, 3), z których pozostałe (łożyska podporowe 2, 4) są związane ze ściankami środkowych otworów „a” na końcach 15 wskazanych odpowiednich kubków 14. Panewki pierścieniowe 17 pierścieniowych wirników 10 są sztywno połączone z wał nośny 9 za pomocą łączników, a każdy z pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 w odpowiednim module zespołu łożyska stojana jest osadzony na określonej tulei pierścieniowej 12, sztywno zamocowanej swoim zewnętrznym kołnierzem oporowym 13 z boczną ścianką cylindryczną 16 miseczka 14 i tworząca th, razem z tym ostatnim, pierścieniowa wnęka „b”, w której umieszczony jest wskazany odpowiedni pierścieniowy obwód magnetyczny 5 z cewkami elektrycznymi 6 odpowiedniego uzwojenia twornika (uzwojenia twornika 7, 8) stojana. Moduły zespołu łożyskowego stojana (tuleje pierścieniowe 12 z tulejami 14 tworzącymi te moduły) zabudowane są z możliwością obracania się względem siebie wokół osi współosiowej z wałem nośnym 9 i wyposażone są w kinematycznie połączoną napęd do kątowego obrotu ich względem siebie, zamocowany za pomocą zespołu wsporczego na modułach zespołu łożyskowego stojana. Każdy z łączników łączących pierścieniową osłonę 17 odpowiedniego pierścieniowego wirnika 10 z wałem nośnym 9 zawiera piastę 19 zamontowaną na wale nośnym 9 z kołnierzem 20 sztywno przymocowanym do wewnętrznego kołnierza oporowego 18 odpowiedniej pierścieniowej osłony 17. napęd kątowego obrotu modułów zespołu łożysk stojana jest różny względem siebie w przedstawionym wykonaniu prywatnym wykonany jest w postaci mechanizmu śrubowego ze śrubą pociągową 21 i nakrętką 22 oraz zespołu nośnego napędu dla obrót kątowy sekcji zespołu łożyskowego stojana obejmuje ucho podporowe 23 zamocowane na jednej ze wspomnianych misek 14, a na drugiej miseczce 14 pręt podporowy 24 Śruba pociągowa 21 jest połączona obrotowo dwustopniowym zawiasem ( zawias o dwóch stopniach swobody) z jednym końcem „c” za pomocą osi 25 równoległej do osi O-O1 wspomnianego wału nośnego 9, z określonym prętem nośnym 24, wykonanym ze szczeliną prowadzącą „g” umieszczoną wzdłuż łuku koła ”, a nakrętka 22 mechanizmu śrubowego jest połączona obrotowo przez jeden koniec ze wspomnianym występem podtrzymującym 23, jest wykonany na drugim końcu z trzonkiem 26 przechodzącym przez szczelinę prowadzącą „g” w pręcie podtrzymującym 24 i jest wyposażony w element blokujący 27 (nakrętkę zabezpieczającą). Na końcu nakrętki 22, połączonej obrotowo z występem podtrzymującym 23, znajduje się dodatkowy element blokujący 28 (dodatkowa nakrętka zabezpieczająca). Wał nośny 9 wyposażony jest w wentylatory 29 i 30 do chłodzenia uzwojeń twornika 7, 8 stojana, z których jeden (29) znajduje się na jednym końcu wału nośnego 9, a drugi (30) pomiędzy sekcje zespołu łożyska stojana i zamontowane na wale nośnym 9. tuleje 12 sekcji zespołu łożyska stojana są wykonane z otworami wentylacyjnymi „d” na zewnętrznych kołnierzach oporowych 13 do przepuszczania strumienia powietrza do odpowiednich wnęk pierścieniowych „b " utworzone przez pierścieniowe tuleje 12 i miseczki 14, a tym samym schładzające uzwojenia kotwiące 7 i 8, umieszczone w cewkach elektrycznych 6 na występach biegunowych pierścieniowych rdzeni magnetycznych 5. Na końcu wału nośnego 9, na którym znajduje się wentylator 29, koło pasowe 31 jest zamontowane do napędzania pierścieniowych wirników 10 generatora synchronicznego. Wentylator 29 jest zamocowany bezpośrednio na kole pasowym 31. Na drugim końcu śruby pociągowej 21 mechanizmu śrubowego zainstalowany jest uchwyt 32 do ręcznego sterowania mechanizmem śrubowym napędu w celu kątowego obrotu modułów zespołu łożyska stojana względem siebie. Fazy ​​​​o tej samej nazwie (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) uzwojeń twornika w pierścieniowych obwodach magnetycznych 5 modułów zespołu nośnego stojana są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy generatora (połączenie tych samych faz w ogólny widok zarówno szeregowy, jak i równoległy, a także złożony). Bieguny magnetyczne o tej samej nazwie („północ” i odpowiednio „południe”) pierścieniowych wkładek magnetycznych 11 pierścieniowych wirników 10 w sąsiednich modułach zespołu łożysk stojana są rozmieszczone przystająco względem siebie w tych samych płaszczyznach promieniowych. W przedstawionym przykładzie wykonania końce faz (A1, B1, C1) uzwojenia twornika (uzwojenie 7) w pierścieniowym obwodzie magnetycznym 5 jednego modułu zespołu nośnego stojana są połączone z początkami tych samych faz (A2 , B2, C2) uzwojenia twornika (uzwojenie 8) w sąsiednim innym węźle łożyskowym stojana, tworząc w połączeniu szeregowym między nimi wspólne fazy uzwojenia twornika stojana.

Generator synchroniczny ze wzbudzeniem z magnesów trwałych działa w następujący sposób.

Z napędu (na przykład z silnika wewnętrzne spalanie, głównie olej napędowy, nie pokazany na rysunku) przez koło pasowe 31 przekładni pasowej, ruch obrotowy jest przenoszony na wał nośny 9 z pierścieniowymi wirnikami 10. Gdy pierścieniowe wirniki 10 (pierścieniowe panewki 17) obracają się z pierścieniowym magnesem wkłady 11 (np. monolityczne pierścienie magnetyczne wykonane z proszkowego materiału magnetoanizotropowego) powstają wirujące strumienie magnetyczne, które penetrują pierścieniową szczelinę powietrzną pomiędzy pierścieniowymi wkładkami magnetycznymi 11 a pierścieniowymi obwodami magnetycznymi 5 (np. monolityczne dyski wykonane z proszkowego kompozytu magnetycznie miękkiego materiał) modułów zespołu nośnego stojana, a także penetracja promieniowych występów biegunów (niepokazanych konwencjonalnie na rysunku) pierścieniowych obwodów magnetycznych 5. Podczas obracania się pierścieniowych wirników 10, naprzemienne przejście „północnego " i "południe" naprzemienne bieguny magnetyczne pierścieniowych wkładek magnetycznych 11 są również przeprowadzane na promieniowych występach biegunów pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 modułów zespołu łożyska stojana, powodując generowanie pulsacji wirującego strumienia magnetycznego zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku w promieniowych występach biegunów wskazanych pierścieniowych obwodów magnetycznych 5. W tym przypadku zmienne siły elektromotoryczne (EMF) są indukowane w uzwojeniach twornika 7 i 8 stojana ze wzajemnym przesunięcie fazowe w każdym z m-fazowych uzwojeń twornika 7 i 8 pod kątem równym 360 / m stopni elektrycznych, a dla przedstawionych trójfazowych uzwojeń kotwicznych 7 i 8 w ich fazach (A1, B1, C1 i A2, B2 , C2) sinusoidalne zmienne siły elektromotoryczne (EMF) są indukowane z przesunięciem fazowym między sobą pod kątem 120 stopni iz częstotliwością równą iloczynowi liczby par (p) biegunów magnetycznych w pierścieniowej wkładce magnetycznej 11 oraz prędkość obrotowa wirników pierścieniowych 10 (dla liczby par biegunów magnetycznych p = 8 indukowane są zmienne pola elektromagnetyczne o przeważnie podwyższonej częstotliwości, np. o częstotliwości 400 Hz). Prąd przemienny (na przykład trójfazowy lub ogólnie m-fazowy) przepływający przez wspólne uzwojenie twornika stojana utworzone przez powyższe połączenie między tymi samymi fazami (A1, B1, C1 i A2, B2, C2) uzwojeń twornika 7 i 8 w sąsiednich pierścieniowych rdzeniach magnetycznych 5, doprowadzone są do wyjściowych złączy zasilania elektrycznego (niepokazanych na rysunku) do podłączenia odbiorników energii elektrycznej prądu przemiennego (np. do podłączenia silników elektrycznych, elektronarzędzi, pomp elektrycznych, urządzenia grzewcze , a także do podłączenia elektrycznego sprzętu spawalniczego itp.). W przedstawionym przykładzie wykonania generatora synchronicznego, wyjściowe napięcie fazowe (Uf) we wspólnym uzwojeniu twornika stojana (utworzonym przez odpowiednie wyżej wspomniane połączenie między tymi samymi fazami uzwojeń twornika 7 i 8 w pierścieniowych obwodach magnetycznych 5) wynosi początkowe położenie początkowe modułów zespołu łożyska stojana (bez przesunięcia kątowego każdego względem siebie z tych modułów zespołu nośnego stojana i odpowiednio bez przesunięcia kątowego względem siebie pierścieniowych rdzeni magnetycznych 5 z występami biegunowymi wzdłuż obwodu) jest równa sumie modulo poszczególnych napięć fazowych (Uf1 i Uf2) w uzwojeniach twornika 7 i 8 pierścieniowych rdzeni magnetycznych modułów zespołu nośnika stojana (w ogólnym przypadku całkowita moc wyjściowa napięcie fazowe Uf generatora jest równe sumie geometrycznej wektorów napięć w poszczególnych fazach o tej samej nazwie A1, B1, C1 i A2, B2, C2 uzwojeń twornika 7 i 8, patrz ryc. 7 i 8 z schematy napięć). Jeśli konieczna jest zmiana (zmniejszenie) wielkości wyjściowego napięcia fazowego Uph (i odpowiednio wyjściowego napięcia liniowego U l) prezentowanego generatora synchronicznego w celu zasilania niektórych odbiorników energii elektrycznej o obniżonym napięciu (na przykład łuk elektryczny spawanie prądem przemiennym w niektórych trybach), wykonywany jest obrót kątowy poszczególnych modułów węzła nośnego stojan względem siebie pod pewnym kątem (podanym lub skalibrowanym). W tym przypadku element blokujący 27 nakrętki 22 mechanizmu śrubowego napędu do kątowego obrotu modułów zespołu łożyska stojana zostaje odblokowany i za pomocą uchwytu 32 śruba pociągowa 21 mechanizmu śrubowego jest obracany, w wyniku czego ruch kątowy nakrętki 22 po łuku koła w szczelinie „g” pręta nośnego 24 i obrót o zadany kąt jednego z modułów zespołu nośnego stojana z względem innego modułu tego zespołu nośnego stojana wokół osi O-O1 wału nośnego 9, drugi moduł zespołu łożyska stojana z prętem nośnym 24, mający szczelinę „g”, znajduje się w położeniu stałym, tj. dowolnej podstawy, nie pokazanej umownie na przedstawionym rysunku). Przy obrocie kątowym modułów zespołu łożyska stojana (tuleje pierścieniowe 12 z miseczkami 14) względem siebie wokół osi O-O1 wału nośnego 9, pierścieniowe rdzenie magnetyczne 5 z występami biegunowymi wzdłuż obwodu są również obracane względem siebie pod zadanym kątem, w wyniku czego wykonywany jest również obrót pod zadanym kątem względem siebie wokół osi O-O1 wału nośnego 9 samych występów słupowych (niepokazanych umownie na rysunek) z cewkami elektrycznymi 6 wielofazowych (w tym przypadku trójfazowych) uzwojeń twornika 7 i 8 stojana w pierścieniowych obwodach magnetycznych. Gdy występy biegunów pierścieniowych obwodów magnetycznych 5 są obracane względem siebie pod określonym kątem w zakresie 360 ​​/ 2p stopni, w uzwojeniu twornika ruchomego modułu zespołu nośnego stojana następuje proporcjonalny obrót wektorów napięcia fazowego (w w tym przypadku wektory napięcia fazowego Uf2 obracają się w uzwojeniu twornika 7 stojana modułu zespołu nośnego, który ma możliwość obrotu kątowego) pod ściśle określonym kątem w zakresie 0-180 stopni elektrycznych (patrz rys. 7 i 8), co prowadzi do zmiany wypadkowego wyjściowego napięcia fazowego Uf generatora synchronicznego w zależności od elektrycznego kąta obrotu wektorów napięć fazowych Uf2 w fazach A2, B2, C2 jednego uzwojenia twornika 7 stojana względem wektorów faz napięć Uph1 w fazach A1, B1, C1 drugiego uzwojenia twornika 8 stojana (zależność ta ma charakter projektowy, obliczana przez rozwiązywanie trójkątów ukośnych i jest określona wzorem:

Zakres regulacji wyjściowego wypadkowego napięcia fazowego Uf prezentowanego generatora synchronicznego dla przypadku, gdy Uf1=Uf2 będzie się zmieniać od 2Uf1 do 0, oraz dla przypadku, gdy Uf2

Wykonanie zespołu jarzma stojana z grupy identycznych modułów ze wskazanym pierścieniowym obwodem magnetycznym 5 i pierścieniowym wirnikiem 10, osadzonych na jednym wale nośnym 9 oraz montaż modułów zespołu jarzma stojana z możliwością ich obracania względem względem siebie wokół osi współosiowej z wałem nośnym 9, zasilanie modułów zespołu łożyskowego stojana połączonych z nimi kinematycznie poprzez napęd ich kątowego obrotu względem siebie oraz połączenie między tymi samymi fazami uzwojeń twornika 7 i 8 w modułach zespołu łożysk stojana z utworzeniem wspólnych faz uzwojenia twornika stojana umożliwiają rozszerzenie parametrów pracy generatora synchronicznego poprzez zapewnienie możliwości regulacji zarówno jego mocy czynnej, jak i zapewnienie możliwości regulacji mocy wyjściowej napięcia prądu przemiennego, a także zapewnienie możliwości wykorzystania go jako źródła prądu spawania podczas prowadzenia spawania łukiem elektrycznym w różnych trybach (poprzez zapewnienie możliwości regulacji wartości przesunięcie fazowe napięcia w tych samych fazach A1, B1, C1 i A2, B2, C2 oraz w ogólnym przypadku w fazach Ai, Bi, Ci uzwojeń twornika stojana w proponowanym generatorze synchronicznym). Zaproponowany generator synchroniczny ze wzbudzeniem z magnesów trwałych może być wykorzystany przy odpowiednim przełączaniu uzwojeń twornika stojana do zasilania w energię elektryczną szerokiej gamy odbiorników prądu przemiennego wielofazowego o różnych parametrach napięcia zasilania. Ponadto dodatkowe rozmieszczenie tych samych biegunów magnetycznych („północ” i odpowiednio „południe”) pierścieniowych wkładek magnetycznych 11 w sąsiednich pierścieniowych wirnikach 10 jest zgodne ze sobą w tych samych płaszczyznach promieniowych, jak również połączenie końców faz A1, B1, C1 uzwojenia twornika 7 w pierścieniowym obwodzie magnetycznym 5 jednego modułu zespołu nośnika stojana z początkami tych samych faz A2, B2, C2 uzwojenia twornika 8 w sąsiednim moduł zespołu jarzma stojana (połączenie szeregowe tych samych faz uzwojenia twornika stojana o tej samej nazwie) umożliwiają płynną i wydajną regulację napięcia wyjściowego generatora synchronicznego od wartości maksymalnej (2U f1, a w ogólny przypadek liczby n sekcji zespołu łożyskowego stojana nU f1) do 0, który może być również wykorzystany do zasilania w energię elektryczną specjalnych maszyn i instalacji elektrycznych.

ROSZCZENIE

1. Prądnica synchroniczna wzbudzana magnesami trwałymi, zawierająca zespół łożyskowy stojana z łożyskami oporowymi, na którym osadzony jest pierścieniowy obwód magnetyczny z występami biegunów wzdłuż obwodu, wyposażony w umieszczone na nich cewki elektryczne z uzwojeniem stojana twornika wielofazowego , osadzony na wale nośnym z możliwością obracania się we wspomnianych łożyskach nośnych wokół pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana pierścieniowy wirnik z pierścieniową wkładką magnetyczną montowany na wewnętrznej ściance bocznej z biegunami magnetycznymi naprzemiennymi w kierunku obwodowym z p-par, pokrywający występy biegunowe z cewkami elektrycznymi uzwojenia twornika określonego pierścieniowego obwodu magnetycznego stojana, charakteryzujące się tym, że zespół łożyskowy stojana wykonany jest z zespołu identycznych modułów ze wskazanym pierścieniowym obwodem magnetycznym i pierścieniowym wirnikiem osadzonym na jednym wale nośnym, natomiast moduły zespołu łożyska stojana są instalowane z możliwością ich obracania względem siebie wokół osi i współosiowe z wałem nośnym i wyposażone w kinematycznie połączony napęd do ich obrotu kątowego względem siebie, a te same fazy uzwojeń twornika w modułach zespołu łożyskowego stojana są ze sobą połączone, tworząc wspólne fazy twornika stojana meandrowy.

2. Generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że te same bieguny magnetyczne pierścieniowych wkładek magnetycznych pierścieniowych wirników w sąsiednich modułach zespołu nośnego stojana są usytuowane kongruentnie względem siebie w tych samych płaszczyznach promieniowych , a końce faz uzwojenia twornika w jednym module nośnym zespołu nośnego stojana są połączone z początkami faz uzwojenia twornika o tej samej nazwie w innym, sąsiednim module zespołu nośnego stojana, tworząc w połączeniu ze sobą wspólny fazy uzwojenia twornika stojana.

3. Generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z modułów zespołu nośnego stojana zawiera pierścieniową tuleję z zewnętrznym kołnierzem oporowym i miskę z centralnym otworem na końcu oraz pierścieniowy wirnik w każdym z modułów zespołu nośnego stojana zawiera pierścieniową osłonę z wewnętrznym kołnierzem oporowym, w którym zainstalowana jest wspomniana odpowiednia pierścieniowa wkładka magnetyczna, podczas gdy wspomniane tuleje pierścieniowe modułów zespołu łożyskowego stojana są związane z ich wewnętrznym cylindrycznym ściana boczna z jednym z wymienionych łożysk nośnych, z których drugie jest związane ze ściankami otworów centralnych w końcach określonych odpowiednich szyb, pierścieniowe panewki wirnika pierścieniowego są sztywno połączone z wałem nośnym za pomocą elementów mocujących , a pierścieniowy obwód magnetyczny w odpowiednim module zespołu łożyska stojana jest osadzony na określonej tulei pierścieniowej, sztywno przymocowanej zewnętrznym kołnierzem oporowym do bocznej cylindrycznej ściany stosu ana i tworząc wraz z nią pierścieniową wnękę, w której umieszczony jest wskazany odpowiedni pierścieniowy obwód magnetyczny z cewkami elektrycznymi odpowiedniego uzwojenia twornika stojana.

4. Generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-3, znamienny tym, że każdy z elementów złącznych łączących pierścieniową osłonę wirnika pierścieniowego z wałem nośnym zawiera piastę zamontowaną na wale nośnym za pomocą kołnierza sztywno przymocowane do wewnętrznego kołnierza oporowego odpowiedniej pierścieniowej osłony.

5. Generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi według zastrz. 4, znamienny tym, że napęd obrotu kątowego modułów zespołu jarzma stojana względem siebie jest osadzony za pomocą zespołu wsporczego na modułach jarzma stojana montaż.

6. Generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi według zastrz. 5, znamienny tym, że napęd kątowego obrotu względem siebie modułów zespołu jarzma stojana wykonany jest w postaci mechanizmu śrubowego ze śrubą pociągową i nakrętką, a zestaw wzorcowy do napędu obrotu kątowego modułów zespołu nośnego stojana zawiera ucho podtrzymujące zamocowane na jednej z wymienionych misek i pręt podtrzymujący na drugiej miseczce, natomiast śruba pociągowa jest połączona obrotowo za pomocą dwóch -stopniowy zawias na jednym końcu przez oś równoległą do osi wspomnianego wału nośnego, z określonym prętem nośnym wykonanym ze szczeliną prowadzącą umieszczoną wzdłuż łuku koła, a nakrętka mechanizmu śrubowego jest połączona obrotowo na jednym końcu ze wspomnianym występem, jest wykonany na drugim końcu z trzonkiem przechodzącym przez szczelinę prowadzącą w belce nośnej i jest wyposażony w element blokujący.

Z historii sprawy. Do tej pory w mojej pracy pojawiało się pytanie o udział w projekcie wprowadzenia własnego małego pokolenia do przedsiębiorstwa. Wcześniej było doświadczenie z synchronicznymi silnikami elektrycznymi, przy minimalnym doświadczeniu z generatorami.

Rozważając propozycje różnych producentów w jednym z nich odkrył sposób na wzbudzenie generatora synchronicznego za pomocą podwzbudnicy opartej na generatorze z magnesami trwałymi (PMG). Nadmienię, że układ wzbudzenia generatora ma być bezszczotkowy. Opisałem wcześniej przykład synchronicznych silników elektrycznych.

I tak z opisu generatora (PMG) na magnesach trwałych jako podwzbudnika uzwojenia wzbudzenia wzbudnicy generatora wynika:

1. Wymiennik ciepła powietrze-woda. 2. Generator magnesów trwałych. 3. Urządzenie wzbudzające. 4. Prostownik. 5. Wentylator promieniowy. 6. Kanał powietrza.

W tym przypadku układ wzbudzenia składa się z uzwojeń pomocniczych lub generatora z magnesami trwałymi, automatycznego regulatora napięcia (AVR), przekładników prądowych i napięciowych do wykrywania prądu i napięcia, wbudowanego wzbudnicy i prostownika obrotowego. Standardowo turbogeneratory wyposażone są w cyfrowy AVR zapewniający kontrolę PF (współczynnika mocy) oraz różne funkcje monitorujące i zabezpieczające (ograniczenie wzbudzenia, detekcja przeciążenia, redundancja itp.). Prąd wzbudzenia DC z AVR jest wzmacniany przez obracający się wzbudnik, a następnie prostowany przez obracający się prostownik. Prostownik obrotowy składa się z diod i regulatorów napięcia.

Schematyczne przedstawienie układu wzbudzenia turbogeneratora za pomocą PMG:

Rozwiązanie wykorzystujące generator z magnesami trwałymi (PMG) na wale głównym z wirnikiem generatora i wzbudnicą bezszczotkową:

Właściwie w tej chwili nie jestem w stanie mówić o zaletach tej metody regulacji wzbudzenia. Myślę, że w miarę zdobywania informacji i doświadczenia podzielę się z Wami moimi doświadczeniami w korzystaniu z PMG.