Главная страница   Контактная информация   Новости науки и техники   Поиск на сайте   Форум

Низкооборотный однофазный электрогенератор с дисковым
ротором на постоянных магнитах (18 полюсов, 19 обмоток)

1. Введение

При использовании низкооборотных приводов, ось которых напрямую соединена с осью электрического генератора, возникает проблема получения достаточно высокого выходного напряжения и электрической мощности. Один из способов ее решения - многополюсный электрогенератор с ротором на постоянных магнитах. Электрогенератор с ротором на постоянных магнитах не имеет коллектора и щеток, что позволяет существенно повысить его надежность и время работы без обслуживания и ремонта. Применение постоянных магнитов с высокими значениями остаточной индукции и коэрцитивной силы позволяет существенно улучшить электрические характеристики генератора или уменьшить его габариты.

Электрогенератор с ротором на постоянных магнитах может быть построен по различным схемам, отличающимся друг от друга совместным расположением обмоток и магнитов. Магниты с чередующейся полярностью располагаются на роторе генератора. Обмотки с чередующимся направлением намотки располагаются на статоре генератора. Если ротор и статор представляют из себя соосные диски, то такой тип генератора назовем аксиальным или дисковым (рис. 1.1). Возможны различные модификации дискового генератора, когда, например, магниты на немагнитном диске располагаются между двумя дисками с обмотками (рис. 1.2) или немагнитный диск с обмотками располагается между двумя дисками с магнитами (рис. 1.3).

Рис. 1.1. Схема электрогенератора с ротором на постоянных магнитах аксиального (дискового) типа.

Рис. 1.2. Схема электрогенератора с ротором на постоянных магнитах аксиального (дискового) типа (вариант с магнитами между обмотками).

Рис. 1.3. Схема электрогенератора с ротором на постоянных магнитах аксиального (дискового) типа (вариант с обмотками между магнитами).

Если ротор и статор представляют из себя коаксиальные соосные цилиндры, то такой тип генератора назовем радиальным или цилиндрическим (рис. 1.4). В генераторе радиального типа ротор может быть внутренним (рис. 1.4) или внешним (рис. 1.5) по отношению к статору.

Рис. 1.4. Схема электрогенератора радиального (цилиндрического) типа с внутренним ротором на постоянных магнитах.

Рис. 1.5. Схема электрогенератора радиального (цилиндрического) типа с внешним ротором на постоянных магнитах.

Если число обмоток равно числу магнитных полюсов, то при прохождении магнитного полюса мимо сердечника обмотки за счет сил притяжения возникает скачок момента на валу. Для ослабления этого эффекта в однофазном генераторе можно увеличить или уменьшить число обмоток (m) на единицу или на два по сравнению с числом магнитов (n) (см. таблицу 1.1). Например, в простейшем случае число магнитных полюсов может быть равно двум, а число обмоток - трем (рис. 1.6), причем выводы обмоток соединяются последовательно. Подобное решение использовано в конструкции 6-полюсных генераторов [1] (число полюсов магнита n = 6, число обмоток m = 7) и [3] (число полюсов магнита n = 6, число обмоток в каждой из двух групп m = 5, дополнительно группы обмоток сдвинуты друг относительно друга на угол в 36 градусов). Возможны и другие соотношения между числом магнитных полюсов и обмоток. Можно вообще отказаться от применения стальных сердечников в обмотках, тогда при любом положении ротора скачков момента на валу в режиме холостого хода не будет. Такие обмотки необходимо делать минимальной высоты, сравнимой с величиной зазора между магнитом и обмоткой, чтобы уменьшение магнитной индукции в зазоре было не слишком существенным. Число обмоток может быть при этом равно числу магнитов. Возможно также использовать трехфазную схему (рис. 1.6). При ее построении число магнитов (полюсов) может быть кратно двум, а число обмоток - трем с тем же коэффициентом (см. таблицу 1.2). Выводы обмоток могут соединяться звездой или треугольником.

Рис. 1.6. Устройство простейшего электрогенератора.

Таблица 1.1. Пример соотношения между числом магнитных полюсов и числом обмоток для однофазного электрогенератора.

Число полюсов, n 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Число обмоток, m = n -1 - 3 5 7 9 11 13 15 17
Число обмоток, m = n + 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Число обмоток, m = n - 2 - - 4 6 8 10 12 14 16
Число обмоток, m = n + 2 - 6 8 10 12 14 16 18 20

Таблица 1.2. Пример соотношения между числом магнитных полюсов и числом обмоток для трехфазного электрогенератора.

Число полюсов, n 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Число обмоток, m = 3 · n / 2 3 6 9 12 15 18 21 24 27

2. Конструкция однофазного электрогенератора

Однофазный электрогенератор, внешний вид которого показан на рис. 2.1, собран по схеме рис. 1.1. На квадратном стальном основании (статор) расположены по окружности катушки в виде цилиндрических соленоидов со стальными сердечниками (19 штук). В центре основания закреплен подшипник, в который вставляется ось ротора. Ротор представляет из себя укрепленный на оси стальной диск, к которому с использованием прокладки крепятся постоянные магниты (18 штук) с чередующимся направлением намагниченности. Магниты представляют из себя аксиально намагниченные диски состава неодим-железо-бор. Намагничивание магнитов производилось в установке намагничивания [6]. Расчет катушек генератора выполнен с помощью программы Coil [2]. Катушки генератора соединены последовательно. Для проверки правильности фазировки катушек и качества их намотки можно использовать следующий прием. С генератора снимается ротор. Выводы генератора подключаются к источнику постоянного тока напряжением до 12 вольт. С помощью тесламетра [4] производится контроль магнитной индукции на сердечниках катушек. Направление магнитной индукции должно чередоваться от начальной до конечной катушки, а на начальной и конечной катушке совпадать. Величина магнитной индукции на поверхности сердечников всех катушек должна быть примерно одинаковой.

Рис. 2.1. Внешний вид однофазного электрогенератора.

Технические характеристики однофазного электрогенератора:

Электрические характеристики генератора достаточно хорошо соответствуют расчетным [5].

Ссылки:

  1. 6-полюсный низкооборотный электрогенератор для ветрогенератора
  2. Coil: Программа для расчета параметров и магнитного поля цилиндрического соленоида
  3. Низкооборотный многополюсный электрогенератор на кольцевом постоянном магните (6 полюсов, 10 обмоток)
  4. Приборы для измерения магнитных полей
  5. Расчет выходного напряжения многополюсного низкооборотного электрогенератора на основе постоянных магнитов
  6. Установки импульсного намагничивания и размагничивания постоянных магнитов

Словарь терминов:

14.11.2007


Альтернативные источники энергии
Компьютеры и Интернет
Магнитные поля
Механотронные системы
Перспективные разработки
Электроника и технология

Главная страница