Лекція 4. Синхронні машини з постійними магнітами.
3.1.Синхронні генератори з постійними магнітами (сгпм). Особливості розрахунку сгпм, колова діаграма, характеристики.
СГПМ часто розраховуються в авіації, транспорті, автоматичних електростанціях, тощо. Інколи застосовуються вони в якості синхронних тахогенераторів. Таким синхронним генераторам властиві певні переваги над класичними з електромагнітним збудженням. Це висока надійність , простота конструкції, обслуговування (відсутня обмотка збудження, ковзні контакти, автономність, тобто немає потреби в постійному струмі збудження), менші втрати та нагрів. Однак СГПМ властиві ряд параметрів, найважливішими з яких є складність регулювання чи стабілізації напруги, мала гранична потужність через відносно невелику питому енергію х ПМ , підвищена маса у генераторів середньої потужності.
Однак для своєї сфери застосування СГПМ дуже зручні, а застосування високо….ерцетивних магнітів дозволяє створити СГПМ з підвищеним ККД , що здатні надійно працювати в важких умовах експлуатації разом з випрямлячем вони з успіхом замінюють генератори постійного струму , і є безконтактними . Застосування СГ з комбінованим збудженням часто розв’язує проблему регулювання . Різноманітність вимог до конкретних енергетичних установок породжує цілу гаму СГПМ , відмінних за конструкцією та характеристиками.
Статор, як правило, не відрізняється конструктивно від статора класичного синхронного генератора. Зазвичай, це набраний з листів електротехнічної сталі циліндричний магнітопровід з пазами на внутрішній стороні (рідше на зовнішній) . В пазах статора розташована обмотка.
На відміну від класичних СГ , повітряний проміжок в СГПМ вибирається мінімальним з конструктивних міркувань і технологічних властивостей . Конструкція ротора СГПМ в значній мірі визначається магнітними та технологічними властивостями матеріалу ПМ.
Рис 3.1. Ротор з циліндричним магнітом
Магніт “1” , як правило, литий (рис.15.1. а ) (ЮНДК), або пресований, закріплений на валу за допомогою втулки “2” з сплаву алюмінію чи цинку. Намагнічують в радіальному напрямку, як що передбачають велику частоту обертання, то магніт бандажують, через низьку механічні властивості.
Рис.15.1. б) – збірний циліндричний індуктор. 1 - магніт, 2- магнітна стальна втулка , 3 – немагнітний бандаж. Кріплять клеєм.
Переваги такого індуктора – простота,технологічність, високасинусоїдність кривої;
Недоліки – низьке використання матеріалу магніту ( невелика довжина середньої силової лінії полюса hm ). hm зменшується з збільшенням кількості полюсів. Ротори з такими магнітами використовуються при потужностях до 300кВ.
Рис 3.2. Ротор з зіркоподібним магнітом
Тут магніт закріплений на валу з допомогою заливання немагнітним матеріалом 2, або відливають безпосередньо на валу. для зменшення ударних розмагнічень реакцією якоря , передбачають демпферну систему 3 (алюміній). При значних частотах обертання на магніт одягають бандаж (немагнітний) .
Використання матеріалу магніта у зіркоподібних магнітах високе, але великий потік розсіювання між полюсами , крім того часто при перевантаженнях поперечна реакція якоря здатна викликати несиметричне перемагнічування країв полюсів, що спотворює форму поля і е.р.с. Для зменшення впливу реакції якоря застосовують полюсні наконечники , регулюючи ширину яких впливають на потік розсіювання . Так можна досягнути оптимального використання магніта , а змінюючи конфігурацію полюсних наконечників - бажану форму е.р.с. у проміжку.
На рис 15.2. б – збірний індуктор з призматичними магнітами на втулці та з полюсними наконечниками з магнітом’якого матеріалу . Для міцності застосовують вставки чи приварені до ПМ , а примі………
В довгих СГПМ (більше 40) використовують кілька магнітів . Тут можна викоритсати високо корцетивні магніти , що для значних частот обертання означає високу потужність СГПМ (близько 100 кВА).
Недолік – ускладнення конструкції та зменшення об’єму заповнення ротора магнітами.
Кігтеподібний (Пазуро-) ротор - застосовується , коли є потреба у великій кількості полюсів.
Рис 3.3. Кігтеподібний ротор Рис 3.4. Колекторний ротор
Кігтеподібні виступи з магнітом’якої сталі примикають до торців магнітів. Всі ліві виступи – одної поверхності, праві – іншої. Ці виступи відіграють роль полюсних наконечників . Діаметр магніту має бути достатнім. щоб через нього пройшов потік полюсів. можна застосовувати модульний принцип – на одному валу –кілька модулів , можна використати високо коерцетивні магніти.
Недоліки – складність, труднощі з намагнічуванням, великі потоки розсіювання, мале заповнення магніта.
В звичайних магнітах індукція – 0,2 – 0,5 у роторі колекторного типу 1- магніт, 2 – втулка немагнітна, 3 – магнітом’який матеріал, 4 – немагнітний бандаж (часто клей, щоб зменшити проміжок).
Тут потік концентрується в полюсах – сегментах 3 . для концентрації потоку ширина магніта вм має перевищувати половину ширини полюса сегмента вр=ар д.
Де без врахування розсіювання В=kк В, де kк = 2вм / (ар ф) – коефіцієнт магнітного потоку, вм – індукція магніту..
kк більше 1 – легко досягнути при 2р більше 4 та В більше В. Це дозволяє підвищити потужність СГПС.