Строение и принцип работы генераторов с постоянными магнитами

1. Общая структура

А постоянный магнит синхронный генератор Генератор состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор — это неподвижная часть во время работы генератора, состоящая в основном из листов кремнистой стали, трехфазных симметричных обмоток якоря, соединенных в форме буквы Y и расположенных в пазах статора с электрическим углом между фазами 120°, корпуса, фиксирующего железный сердечник, и торцевых крышек. Ротор — это вращающаяся часть во время работы генератора. работа генератора Обычно ротор состоит из сердечника ротора, стального постоянного магнита, стопорных колец и вала ротора. Материалы постоянных магнитов, особенно кобальтовые, обладают низкой прочностью на разрыв, а также являются твердыми и хрупкими. Если ротор не имеет защитных мер, то при большом диаметре ротора генератора или работе на высоких скоростях центробежная сила на поверхности ротора может приблизиться к прочности на разрыв материала постоянного магнита или даже превысить ее, потенциально повреждая постоянные магниты. Поэтому в высокоскоростных синхронных генераторах с постоянными магнитами часто используется конструкция ротора со стопорными кольцами. Так называемая конструкция ротора со стопорными кольцами предполагает плотное прилегание тонкостенного цилиндрического кольца из высокопрочного металла к внешней или внутренней окружности ротора. Это стопорное кольцо фиксирует стальной постоянный магнит и полюсные наконечники из мягкого железа в их соответствующих положениях на роторе. Таким образом, ротор синхронного генератора с постоянными магнитами представляет собой цельное твердое тело, обеспечивая надежность при работе на высоких скоростях.

2. Структура магнитной цепи ротора

Структурные характеристики синхронных генераторов с постоянными магнитами в основном определяются ротором. Как правило, в зависимости от соотношения направления намагничивания постоянных магнитов и направления вращения ротора их можно классифицировать на тангенциальный, радиальный и т.д.

(1) Структура магнитной цепи тангенциального ротора
В тангенциальной конструкции магнитной цепи ротора направление намагничивания ротора почти перпендикулярно оси магнитного потока в воздушном зазоре и находится дальше от него, что приводит к относительно большим потерям магнитного потока. Однако постоянные магниты работают параллельно, при этом два поперечных сечения постоянных магнитов обеспечивают магнитный поток на полюс в воздушном зазоре, что может увеличить плотность магнитного потока в воздушном зазоре. Это особенно заметно в случаях с большим количеством полюсов. Поэтому тангенциальный тип подходит для синхронных генераторов с постоянными магнитами, требующих большого количества полюсов и высокой плотности магнитного потока в воздушном зазоре. Способ крепления постоянных магнитов и полюсных наконечников использует удерживающее кольцо, как показано на рисунке 1(а).

(2) Структура магнитной цепи радиального ротора
Структура магнитной цепи радиального ротора показана на рисунке 1(б). Направление намагничивания постоянных магнитов совпадает с осью магнитного потока в воздушном зазоре и ближе к нему. В магнитной цепи одной пары полюсов два постоянных магнита, работающих последовательно, обеспечивают магнитодвижущую силу. Поперечное сечение каждого постоянного магнита обеспечивает магнитный поток на полюс генератора, а магнитодвижущая сила каждого постоянного магнита обеспечивает магнитодвижущую силу для одного полюса генератора.

Рисунок 1: Схема магнитной цепи ротора генератора с постоянными магнитами.

По сравнению с тангенциальной роторной конструкцией, радиальная роторная конструкция имеет меньший коэффициент рассеяния магнитного потока. В этой конструкции, поскольку постоянные магниты непосредственно обращены к воздушному зазору и имеют ориентацию магнитного поля, плотность магнитного потока в воздушном зазоре Bδ близка к плотности магнитного потока Bm в рабочей точке постоянных магнитов, что повышает коэффициент использования материала постоянных магнитов. Постоянные магниты в радиальной роторной конструкции могут быть непосредственно отлиты или приклеены к валу генератора, что делает конструкцию и процесс относительно простыми. Литье из алюминиевого сплава между полюсами обеспечивает целостность роторной конструкции и создает демпфирующий эффект, что может улучшить переходные характеристики генератора и повысить сопротивление размагничиванию материала постоянных магнитов.

(3) Интегрированная конструкция ротора

В настоящее время в традиционных генераторных установках двигатель и генератор относительно независимы друг от друга. Коленчатый вал двигателя имеет два конца, расположенных в передней и задней части двигателя; передний конец оснащен маховиком и внешним пусковым тросом; задний конец служит выходным приводом, обычно используемым для подключения к генератору. высокоскоростные генераторные установки Генератор не только вырабатывает электрическую энергию, но и, благодаря расчету момента инерции, обеспечивает равенство момента инерции ротора моменту инерции маховика, тем самым используя свой ротор вместо маховика первичного двигателя, делая его неотъемлемой частью первичного двигателя. Это позволяет создать «высокоскоростной генератор с интегрированной встроенной структурой». Это значительно уменьшает осевые габариты агрегата и снижает его вес, что принципиально обеспечивает разделение горячей и холодной зон генераторной установки, упрощает решения по отводу тепла и повышает надежность системы.