Генератор мэг схема: Принцип переключения магнитного потока — PDF Скачать Бесплатно

Термин MEG относится к схеме неподвижного электромагнитного генератора, которая предназначена для выработки электроэнергии без использования каких-либо движущихся компонентов или каких-либо механических ступеней.



Содержание

Как работает МЭГ-устройство

Устройство создано исключительно благодаря стратегическому размещению и взаимодействию постоянных магнитов, катушек и ферромагнитного сердечника. Особенность этого устройства, как заявляют изобретатели и исследователи, заключается в его способности генерировать выходную мощность, намного превышающую индуцированную входную мощность запуска.


МЭГ-устройство состоит из пары секций обмотки, в которых первая входная и выходная индукторы работают вдоль областей первого магнитного пути, а вторые входные и выходные индукторы работают вдоль областей второго магнитного пути.

Для выполнения вышеуказанной функции входные катушки поочередно возбуждаются внешним пульсирующим постоянным током, так что обратная ЭДС от входных катушек может индуцировать идентичный пульсирующий ток по вторичным катушкам с заданной величиной и скоростью.


Эта величина выходной мощности, измеренная авторами изобретения, демонстрирует выдающееся повышение в COP 3.

COP — это аббревиатура, обозначающая коэффициент полезного действия, а избыточное значение COP 3 означает выходную мощность, которая в 3 раза больше, чем входная мощность … это как получить 3 Вт от входной мощности всего в 1 Вт.

Если мы рассмотрим предложенное устройство МЭГ, мы поймем, что на самом деле оно не нарушает никаких законов термодинамики. Секрет увеличения значения COP заключается в разумном применении катушек и постоянных магнитов и их взаимодействии с центральным ферромагнитным сердечником.

В одном из моих предыдущих постов мы обсуждали магнитное устройство с параллельным ходом и узнал, как небольшой электрический импульс, приложенный извне к его катушкам, может направлять мощность постоянных магнитов к соответствующим краям устройства, создавая огромную магнитную силу на этих концах, и эта огромная сконцентрированная магнитная сила была в 4 раза больше чем возможность входной мощности.

Предлагаемая схема неподвижного электромагнитного генератора использует тот же принцип, мобилизуя бездействующую накопленную мощность постоянных магнитов для выработки электроэнергии, намного превышающей приложенные входные запускающие импульсы.

Базовая компоновка катушки и магнита для устройства MEG

На рисунке выше показана основная компоновка или установка катушек, магнитов и сердечника. Секция, окрашенная в зеленый цвет, указывает на ферромагнитный сердечник, который имеет форму 2 С-образных сердечников, соединенных край к краю, как это [].

Элементы фиолетового цвета — это коллекторные катушки, намотанные на пластиковые бобины, эти катушки реагируют с накопленными концентрированными пульсирующими магнитными полями и преобразуют их в электрическую энергию COP3 или выходную мощность COP 3.

Белые секции обозначают меньшие пусковые катушки, которые принимают пульсирующий вход постоянного тока от внешнего источника питания.

Центральные красные и синие блоки относятся к магнитам, предпочтительно неодимового типа.

На изображении на верхнем рисунке показан вид устройства сбоку, а на нижнем рисунке — вид сверху на ME-генератор.

Катушки, обозначенные белым цветом, должны попеременно пульсировать с определенной частотой, которая может соответствовать спецификации сердечника.

Для сердечников из ламинированного железа частота может составлять от 50 до 200 Гц, это может потребовать некоторых экспериментов для определения оптимального или наиболее выгодного результата с точки зрения значения COP.

Следующая принципиальная схема может эффективно использоваться для питания первичных катушек, как указано в предыдущем параграфе.

Основные характеристики:

Ядро, используемое для MEG, может иметь решающее значение, детали представлены на следующем изображении:

Изобретатели: Патрик Стивен Л Бирден Томас Э. Hayes
Джеймс С.
Мур Кеннет Д. Кенни Джеймс Л. Appl. Нет.: 656313 Подано: 6 сентября 2000 г.

Предыдущая статья: Простая схема ветряного генератора с вертикальной осью Далее: Сделайте эту схему радиоприемника на кристалле без батареек

13.Метод эквивалентного генератора.(мэг)

Этот метод предназначен для расчёта тока в отдельной ветви сложной электрической цепи. Он основан на теореме об активном двухполюснике. Двухпол. наз. часть электрической цепи имеющую 2 зажима (2 полюса).

Двухполюсник наз. активным, если он содержит источники ЭДС или тока. Если не содержит – пассивным. В соответствии с теоремой об активном двухполюснике, активный двухполюсник можно заменить эквивалентным источником ЭДС или тока. Такие источники наз. соответственно – Эквивалентный генератор напряж. (ЭГН) и Эквивалентный генератор тока (ЭГТ).

Внутреннее сопротивление таких источников = входному сопротивлению рассматриваем. Двухполюсника, при исключении из его схемы источников ЭДС и тока. ЭДС генератора = напряжению холостого хода двухполюсника, а

ток генератора = току короткого замыкания двухполюсника. Если выделить в электр. цепи ветвь, ток которой требуется рассчитать, то заменив часть схемы активным двухполюс., мы получаем упрощённую схему замещения цепи, расчёт которой возможен по простым формулам.

14.Расчёт электрической цепи постоянного тока методом суперпозиции(наложения)о

Он основан на общефизическом принципе независимости действующих сил в линейной системе(принцип суперпозиции).В частности, для эл.цепей этот принцип получил название принцип наложения, формулируемый следующим образом: Ток в каждой ветви равен алгебраической сумме частичных токов, вызываемых каждым из источников линейной эл.цепи в отдельности.

Примечание-линейной называется эл.цепь,параметры электронов которой(сопротивление,проводимость,ЭДС,токи источника тока) не зависими от тока и напряжения в ветвях цепи, R=const,G=const,E=const,J=const.

Алгоритм расчёта:

1)Выбираем направление тока

2)Рассчитываем каждую частичную схему:а)частичные схемы образуются при удалении из схемы всех источников ЭДС и тока,кроме 1-0,т.е число, образованное частичной схемой,равной количеству источников цепи.При этом в частичной схеме остаются внутренние сопротивления удалённого источника ЭДС. Ветви с идеальным источником тока из схемы исключаются, т .к их внутреннее сопротивление=∞.б)в каждой частичной схеме произвольно выбираем «+» направление токов в ветвях и обозначаем их на схеме. в)любым методом рассчитываем токи в ветвях, полученные частичной схемой.

3)Определяем токи в ветвях исходной схемы путём алгебраического сложения частичных токов :если част. ток ветви совпадает по направлению с током в первоначальной схеме, то он учитывается в сумме со знаком «+»,если не совпадает «-«

4)проверяем правильность расчёта с помощью баланса мощностей

15.Переменный ток. Генератор синусоидального тока.

Переме́нный ток, AC (англ. alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока

.

Генератор синусоидального тока

Ротор предсавляющий собой электромагнит,магнитное поле которого создается протек.по обмотке ротора тока.

Для опред направления магнитного поля можно использовать правило Буравчика или правило правой руки.

1)Если бур.вращ так,что напр вращ.рукосовпад. с направл тока в обмотке,то напр.поступат движения буравчика указывает направл магнитного поля.

2)Если четыре пальца правой руки расп.вдоль напр. Тока в обмотке ,то большой палец отставленный под прямым углом покажет направл магн. Поля.

Ротор генер.приведенный во вращ. Первичным явл. Двигат. на электростанции 1-ым двигателем явл паровая,газовая или гидравл турбинах.Автономным генератором дв.явл.дизельный двигатель.

3.5 Расчет методом эквивалентного генератора (мэг).

3.5.1 В соответствии с теоремой об активном двухполюснике любая схема относительно ветви с сопротивлением Rи искомым токомIможет быть представлена одной ветвью с ЭДСЕэкви сопротивлениемRэкв, рассматриваемыми как параметры эквивалентного генератора. В результате, исходная схема преобразуется в одноконтурную, благодаря чему искомый ток определится соотношением:

.

Расчет параметров эквивалентного генератора проводится в два этапа:

Для этого размыкается ветвь с искомым током. Любым способом рассчитывается полученная схема и определяется напряжение холостого хода Uxxв разрыве ветви с искомым током. Полученное напряжение определяет величину и направление ЭДС эквивалентного генератора ().

Рассматриваемая схема делается пассивной, для чего все источники энергии удаляются из схемы, но сохраняются их внутренние сопротивления (на месте источников ЭДС остаются «закоротки», а на месте источника тока сохраняется «разрыв»

). Рассчитывается входное сопротивлениеRвхпассивной схемы относительно зажимов ветви с искомым током (без учета сопротивления этой ветви), определяющее сопротивление эквивалентного генератора (Rэкв=Rвх).

      1. Пример расчета тока I4 (рис.2) методом эквивалентного генератора.

Всоответствии с теоремой об активном двухполюснике исходная схема (рис.2) относительно ветви с искомым током (четвертая ветвь) может быть представлена одной ветвью с ЭДСЕэкви сопротивлениемRэкв. В результате, исходная схема преобразуется в одноконтурную (см. рис.12), с искомым токомI4, определяемым соотношением:

. (3)

        1. Для определения ЭДС эквивалентного генератораЕэквнеобходимо разомкнуть четвертую ветвь с искомым токомI4. В результате, исходная схема (рис.2) принимает вид (рис.13).

Напряжение холостого хода Uxxв разрыве четвертой ветви удобно отыскивать с помощью метода узловых потенциалов. С учетом того, что ветвь, примыкающая к первому и четвертому узлам, идеальна (сопротивление ветви равно нулю), приравнивание нулю потенциала первого узла (1=0), приводит к тому, что φ4= φ133.Для оставшихся узлов (второго и третьего) уравнения по методу узловых потенциалов примут вид:

(3)

Решение системы уравнений (3) позволяет определить потенциалы второго и третьего узлов и, вслед за этим, найти напряжение в разрыве

(Uxx=2-3), определяющее, в свою очередь, направление и величину ЭДС эквивалентного генератора (Еэкв=Uxx).

        1. Для определения внутреннего сопротивления эквивалентного генератора (Rэкв) схема, представленная на рис.13, делается пассивной (для чего источники ЭДСЕ3иЕ6удаляются из схемы и на их месте сохраняются участки с нулевым сопротивлением («закоротки»), а на месте удаленного источника токаIксохраняется «разрыв»). В результате, схема (без учета четвертой ветви с искомым током) принимает вид, представленный на рис.14. После объединения первого и четвертого узлов в один узел схема становится последовательно-параллельной (рис.15). Входное сопротивление относительно второго и третьего узлов, к которым подключена четвертая ветвь с искомым током, определится соотношением:

.

В соответствии с теоремой об активном двухполюснике

Rэкв=Rвх.

3.5.2.3 Искомый ток в четвертой ветви определяется по соотношению (3).

Задание №2

Метод эквивалентного генератора

При решении задач по электротехнике, зачастую требуется знать режим работы не всей цепи, а только одной определённой ветви. Для определения параметров такой ветви существует метод эквивалентного генератора.

Суть метода эквивалентного генератора состоит в нахождении тока в одной выделенной ветви, при этом остальная часть сложной электрической цепи заменяется эквивалентным ЭДС Еэкв, с её внутренним сопротивлением rэкв. При этом часть цепи, в которую входит источник ЭДС называют эквивалентным генератором или активным двухполюсником, откуда и название метода.

Для наглядности рассмотрим схему представленную ниже. Допустим, что R1=5 Ом, R2=7 Ом, R3=10 Ом, Rab=3 Ом, E=10 В.

 

Согласно методу эквивалентного генератора получим схему

 

Искомый ток Iab находится по закону Ома для полной цепи

 

Для нахождения тока нужно узнать Еэкв и rэкв с помощью режимов эквивалентного генератора.

Для того чтобы найти эквивалентную ЭДС, нужно рассмотреть режим холостого хода генератора, другими словами нужно отсоединить исследуемую ветвь ab, тем самым избавив генератор от нагрузки, после чего он будет работать на так называемом холостом ходу.

Напряжение холостого хода Uх, будет равно эквивалентной ЭДС Eэкв. Таким образом мы можем найти Eэкв

Следующим этапом решения задачи будет нахождение эквивалентного сопротивления r

экв. Можно воспользоваться режимом короткого замыкания генератора, при котором сопротивление Rab отсутствует, но в более сложных схемах это может привести к более громоздким расчётам, поэтому найдем rэкв как входное сопротивление пассивного двухполюсника. Пассивным называется двухполюсник у которого отсутствуют источники ЭДС. Простыми словами нужно убрать во внешней цепи источник ЭДС и найти сопротивление цепи, так и поступим.

 

Эквивалентное сопротивление rэкв равно ( тем, кто не умеет находить эквивалентное сопротивление, нужно прочитать статью виды соединения проводников )

Итак, найдя эквивалентные ЭДС и сопротивление, мы можем найти силу тока в ветви ab

 

На этом всё, ток в нужной ветви найден, а значит, задача решена методом эквивалентного генератора

Читайте также — Метод двух узлов

  • Просмотров: 92513
  • Стабилизированный по напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор

    Изобретение относится к области электротехники и направлено на повышение КПД и функциональной надежности вентильного магнитоэлектрического генератора, упрощение его конструкции, улучшение технологичности и удешевление процесса его изготовления. Стабилизированный по напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор, содержащий последовательно соединенные трехфазный магнитоэлектрический генератор с изменяющейся частотой вращения приводного вала в диапазоне от nmin до nmax и выпрямительный блок, выполненный по трехфазной мостовой схеме в виде трехфазных анодной группы диодов и сдвоенных первой и второй катодных групп диодов, а также вольтодобавочный канал, блок управления, источник питания внутренних нужд. При этом вольтодобавочный канал выполнен в виде однофазного инвертора напряжения, выполненного по полумостовой схеме на транзисторах, зашунтированных диодами и с делителем напряжения на конденсаторах, причем к выходу однофазного инвертора напряжения подключена первичная обмотка трансформатора напряжения, выполненного с двумя последовательно соединенными вторичными полуобмотками, точка соединения которых образует один выходной вывод вольтодобавочного канала, выполненный с возможностью подключения к первому выходному выводу вентильного магнитоэлектрического генератора, при этом концы первой и второй вторичных полуобмоток трансформатора напряжения подключены между первой и второй катодными группами диодов выпрямительного блока. Блок управления содержит задатчик опорного напряжения (U0, датчик выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора Ud, узел усиления сигнала ΔUd, модулятор ширины импульсов, логический узел и узел драйверов. При этом логический узел блока управления выполнен с возможностью реализации режима вольтодобавки в области от nmin до nmax. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

     

    Изобретение относится к области электротехники, а именно — к области электрических генераторов с переменной частотой вращения вала и может быть использовано в малой энергетике, а также при построении вентильных генераторов для систем электропитания автономных объектов, например, для летательных аппаратов, где требуются высокая энергетическая эффективность, бесконтактность и минимально возможная масса и габариты.

    В принципе известны регулируемые по напряжению бесконтактные машинно-электронные генерирующие системы (МЭГС) с выходным напряжением постоянного тока, в общем случае обозначаемые как МЭГС-1, которые могут выполняться, например, на основе синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов (кратко обозначаемой как магнитоэлектрический генератор — МЭГ) и выпрямительного блока (ВБ). Совокупность МЭГ и ВБ обозначается также как вентильный генератор (ВМЭГ), представляющий собой частный случай МЭГС-1.

    Известен вентильный магнитоэлектрический генератор (описан на стр. 279 в статье Комлева И.В. Регулируемый магнитоэлектрический вентильный генератор / Труды н/т-й конф. «Электрификация летательных аппаратов», посвященная 125-летию академика В.С. Кулебакина. Москва, 1 ноября 2016 г. ИД Академии Жуковского, 2016. — 322 с.), которое выполнено в виде последовательно соединенных бесконтактного 9 фазного МЭГ и управляемого выпрямительного блока (УВБ), который выполнен на тиристорах. С целью стабилизации напряжения МЭГС-1 управление УВБ осуществляется традиционным фазовым способом с помощью блока управления (БУ).

    Недостатком этого решения является повышенная сложность как самого МЭГ, так и УВБ (содержащего 18 тиристоров), также недостаточно высокая его помехоустойчивость. Кроме того, входной коэффициент мощности УВБ сильно понижается с ростом угла регулирования тиристоров, что при стабилизации выходного напряжения МЭГС-1 в режиме максимальной частоты вращения вала приводит к увеличению проектно необходимой габаритной мощности МЭГ, то есть к ухудшению его массогабаритных и энергетических показателей.

    Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является стабилизированный по напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор (патент РФ №2726950, публ. 17.07.2020, МПК Н02Р 9/02), который содержит последовательно соединенные трехфазный МЭГ и трехфазный ВБ, который выполнен в виде одной трехфазной анодной группы диодов и двух (сдвоенных) катодных групп диодов, а также реверсивный вольтодобавочный канал (РВДК), который выполнен в виде однофазного инвертора напряжения (ОИН), к выходу которого подключена первичная обмотка трансформатора, его вторичная обмотка выполнена со средней точкой, а каждый из ее концов через транзистор РВДК подключен к соответствующей точке соединения катодов одной из двух катодных групп. Между средней точкой вторичной обмотки и точкой соединения анодов анодной группы включен Г образный LC фильтр, причем обкладки конденсатора фильтра образуют выходные выводы ВМЭГ, к которым подключена также и цепь питания ОИН. Управление транзисторами РВДК и ОИН обеспечивается специальным блоком управления (БУ), который в зависимости от частоты вращения вала реализует или режим вольтодобавки (ВД) или режим вольтовычитания (ВВ).

    Недостатком данного технического решения является наличие транзисторов в силовой цепи РВДК, которые ухудшают энергетику ВМЭГ, а также достаточная сложность БУ, который обеспечивает или режим ВД, или режим ВВ.

    Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение энергетических показателей стабилизированного по напряжению вентильного магнитоэлектрического генератора.

    Технический результат изобретения заключается в повышении КПД и функциональной надежности вентильного магнитоэлектрического генератора, упрощении его конструкции, улучшении технологичности и удешевлении процесса его изготовления.

    Это достигается тем, что известный стабилизированный по напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор, содержащий последовательно соединенные трехфазный магнитоэлектрический генератор с изменяющейся частотой вращения приводного вала в диапазоне от nmin до nmax и выпрямительный блок, выполненный по трехфазной мостовой схеме в виде трехфазных анодной группы диодов и сдвоенных первой и второй катодных групп диодов, а также вольтодобавочный канал, блок управления, источник питания внутренних нужд, первый и второй выходные выводы вентильного магнитоэлектрического генератора, при этом вольтодобавочный канал выполнен в виде однофазного инвертора напряжения, который в свою очередь выполнен по полумостовой схеме на транзисторах, зашунтированных диодами и с делителем напряжения на конденсаторах, причем к выходу однофазного инвертора напряжения подключена первичная обмотка трансформатора напряжения, выполненного с двумя последовательно соединенными вторичными полуобмотками, точка соединения которых образует один выходной вывод вольтодобавочного канала, выполненный с возможностью подключения к первому выходному выводу вентильного магнитоэлектрического генератора, причем второй выходной вывод вентильного магнитоэлектрического генератора является другим выходным выводом вольтодобавочного канала и образован точкой соединения анодов анодной группы диодов, шины питания однофазного инвертора напряжения подключены к выходным выводам вентильного магнитоэлектрического генератора, которые выполнены с возможностью подключения нагрузки, блок управления выполнен в виде задатчика опорного напряжения U0, датчика выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора Ud, первый вход которого соединен с первым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора, а второй вход соединен со вторым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора, причем его выход соединен с первым входом узла сравнения сигналов, ко второму входу которого подключен первый выход задатчика опорного напряжения U0, выход узла сравнения сигналов соединен со входом узла усиления сигнала ΔUd, выход которого подключен к первому входу узла суммирования сигналов, второй вход которого соединен с со вторым выходом задатчика опорного напряжения U0, к выходу узла суммирования сигналов последовательно подсоединены модулятор ширины импульсов, логический узел и узел драйверов, выходы которого выполнены с возможностью подключения к управляющим входам транзисторов, источник питания внутренних нужд подключен к выходным выводам трехфазного магнитоэлектрического генератора, при этом концы первой и второй вторичных полуобмоток трансформатора напряжения подключены между первой и второй катодными группами диодов выпрямительного блока, логический узел блока управления выполнен с возможностью реализации режима вольтодобавки в области от nmin до nmax. При этом в случае недостаточной индуктивности трехфазного магнитоэлектрического генератора между точкой соединения первой и второй вторичных полуобмоток трансформатора напряжения и первым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора включен дроссель, между указанной точкой и вторым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора подключен первый фильтровый конденсатор, а между первым и вторым выходными выводами вентильного магнитоэлектрического генератора подключен второй фильтровый конденсатор.

    Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема стабилизированного по напряжению вентильного магнитоэлектрического генератора, на фиг. 2 изображены скоростные характеристики МЭГ: U*МЭГ=ƒ(n) и ВДК U*ВДК=ƒ(n) — зависимости их выходного напряжения (в относительных единицах).

    Стабилизированный по напряжению вентильный

    магнитоэлектрический генератор (ВМЭГ) содержит последовательно соединенные трехфазный магнитоэлектрический генератор (МЭГ) 1 с изменяющейся частотой вращения приводного вала в диапазоне от nmin до nmax и выпрямительный блок (ВБ), выполненный по трехфазной мостовой схеме в виде трехфазных анодной группы диодов 2 и сдвоенных первой 3 и второй 4 катодных групп диодов (образуя силовую часть ВБ ВМЭГ), а также вольтодобавочный канал (ВДК), выполненный в виде однофазного инвертора напряжения (ОИН) 5, который в свою очередь выполнен по полумостовой схеме на транзисторах — 6, 7, зашунтированных диодами 8, 9 и с делителем напряжения на конденсаторах 10, 11.

    К выходу ОИН 5 подключена первичная обмотка 12 трансформатора напряжения 13, первая — 14 и вторая — 15 вторичные полуобмотки которого соединены последовательно в точке 16 и подключены между первой 3 и второй 4 катодными группами диодов выпрямительного блока. Точка 16 соединения первой 14 и второй 15 вторичных полуобмоток трансформатора напряжения 13 образует первый выходной вывод ВДК, выполненный с возможностью подключения к первому выходному (положительному) выводу ВМЭГ 17. Второй выходной вывод ВДК является вторым выходным (отрицательным) выводом ВМЭГ 18 и образован точкой соединения анодов анодной группы диодов 2. Первый 17 и второй 18 выходные выводы ВМЭГ выполнены с возможностью подключения нагрузки 19. Шины питания ОИН 5 подключены к первому 17 и второму 18 выходным выводам ВМЭГ.

    В случае недостаточной индуктивности МЭГ 1, между точкой 16 соединения первой 14 и второй 15 вторичных полуобмоток трансформатора напряжения 13 и первым выходным выводом ВМЭГ 17 включен дроссель 20, между указанной точкой 16 и вторым выходным выводом ВМЭГ 18 подключен первый фильтровый конденсатор 21, а между первым 17 и вторым 18 выходными выводами ВМЭГ подключен второй фильтровый конденсатор 22.

    ВМЭГ также содержит блок управления (БУ) 23, выполненный в виде задатчика опорного напряжения U0 24, датчика выходного напряжения ВМЭГ Ud 25, первый вход которого соединен с первым выходным выводом ВМЭГ 17, а второй вход соединен со вторым выходным выводом ВМЭГ 18, причем его выход соединен с первым входом узла сравнения сигналов 26, ко второму входу которого подключен первый выход задатчика опорного напряжения U0 24. Выход узла сравнения сигналов 26 соединен со входом узла усиления сигнала ΔUd 27, выход которого подключен к первому входу узла суммирования сигналов 28, второй вход которого соединен с со вторым выходом задатчика опорного напряжения U0 24. К выходу узла суммирования сигналов 28 последовательно подсоединены модулятор ширины импульсов (МШИ) 29, логический узел 30 и узел драйверов 31, выходы которого выполнены с возможностью подключения к управляющим входам транзисторов 6, 7. Логический узел 30 блока управления 23 выполнен с возможностью реализации исключительно режима вольтодобавки (ВД) в области от nmin до nmax.

    К выходным выводам МЭГ «А», «В», «С» подключен источник питания внутренних нужд 32 для обеспечения электропитания всех узлов блока управления 23. ОИН 5 может быть выполнен по мостовой схеме.

    Стабилизированный по напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор работает следующим образом.

    Для понимания логики работы устройства удобно воспользоваться графиками, представленными на рис. 2, где представлены зависимости выходных напряжений МЭГ 1 и ВДК в функции частоты вращения вала. В процессе разгона МЭГ 1 его выходное напряжение — U*МЭГ=ƒ(n) линейно нарастает по линии 0h2, а напряжение ВДК — U*ВДК=ƒ(n) снимаемое с первой 14 и второй 15 вторичных полуобмоток трансформатора напряжения 13, нарастает по линии 0р2 (фиг. 2). Стабилизированное напряжение постоянного тока — U*d0 на первом 17 и втором 18 выходных выводах ВМЭГ появляется, начиная с частоты вращения вала nmin=6000 об/мин. Это напряжение здесь равно сумме значений напряжений МЭГ 1 и ВДК:

    Согласно графику на фиг. 2 это равенство эквивалентно сумме отрезков:

    С ростом частоты вращения вала это равенство сохраняется, но значения двух слагаемых в правой части формулы (1) изменяются следующим образом: напряжение U*МЭГ линейно нарастает, а напряжение

    U*ВДК линейно убывает, что обеспечивается блоком управления 23, который изменяет его по заданному линейному закону путем автоматической стабилизации выходного напряжения U*d0 МЭГ 1 по принципу отклонения его от заданного уровня. То есть блок управления 23 представляет собой контур отрицательной обратной связи (КООС) по выходному напряжению ВМЭГ. Задатчик опорного напряжения U0 24 блока управления 23 измеряет выходное напряжение U*d0, формирует нормированный сигнал {U*d0}, в узле сравнения сигналов 26 сравнивает его с заданным опорным напряжением U0 (формируемым в задатчике опорного напряжения ВМЭГ Ud0 24), далее выделенная в узле сравнения сигналов 26 разность этих сигналов ΔU0d усиливается в k раз в узле усиления сигнала ΔUd 27, который формирует сигнал kΔU0d, затем сигналы U0 и kΔU0d суммируют в узле суммирования сигналов 28, образуя сигнал Uу:

    Uy=U0+kΔU0d,

    который подается на вход модулятора ширины импульсов (МШИ) 29. Он формирует импульсы управления транзисторами 6, 7 так, что при знаке «+» у сигнала ΔU0d длительность этих импульсов уменьшается, а при знаке «-» увеличивается. В результате постоянная составляющая напряжения Ud0 стабилизируется на заданном уровне со статической ошибкой, определяемой коэффициентом усиления k узла усиления сигнала ΔUd 27.

    Экспериментально установлено, что расчетная мощность МЭГ согласно изобретению такая же, как в устройстве-прототипе. При этом измененная топология силовой части предлагаемого изобретения по отношению к прототипу (вторичные полуобмотки 14, 15 трансформатора напряжения 13 подключены к катодным группам 3, 4 непосредственно, а не через транзисторы) позволила существенно уменьшить массу ВДК и заметно повысить КПД ВМЭГ. Кроме того, при значении индуктивности МЭГ 1, обеспечивающей непрерывный характер фазного тока в схеме предусмотрена возможность исключения дросселя 20 и фильтровых конденсаторов 21, 22, что обеспечивает еще большее упрощение и снижение массы ВМЭГ. Исключение из топологии силовой части ВМЭГ двух транзисторов позволило также упростить блок управления 23 за счет исключения из логического узла 30 функции выявления двух режимов — режимов ниже и выше синхронной частоты вращения вала МЭГ. Несмотря на некоторое (примерно в 1,5 раза) увеличение мощности ВДК по сравнению с прототипом, его масса осталась практически той же за счет исключения из силовой цепи транзисторов (с радиаторами) на полный ток нагрузки.

    Нужно также заметить, что масса ВДК во многом определяется массой высокочастотного трансформатора ОИН. Его удельный показатель, например, на частоте 30 кГц (без принудительного охлаждения) не хуже примерно 0,3 кг/кВА, что, по крайней мере, в области рассматриваемых частот вращения вала примерно на порядок меньше, чем у собственно МЭГ. В итоге ВМЭГ согласно изобретению превосходит по массогабаритному показателю не только прототип, но и известные аналоги.

    Использование изобретения позволяет при тех же массогабаритных показателях, что и в прототипе, повысить функциональную надежность и КПД вентильного магнитоэлектрического генератора, упростить его конструкцию, улучшить технологичность и удешевить процесс его изготовления.

    1. Стабилизированный по напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор, содержащий последовательно соединенные трехфазный магнитоэлектрический генератор с изменяющейся частотой вращения приводного вала в диапазоне от nmin до nmax и выпрямительный блок, выполненный по трехфазной мостовой схеме в виде трехфазных анодной группы диодов и сдвоенных первой и второй катодных групп диодов, а также вольтодобавочный канал, блок управления, источник питания внутренних нужд, первый и второй выходные выводы вентильного магнитоэлектрического генератора, при этом вольтодобавочный канал выполнен в виде однофазного инвертора напряжения, который в свою очередь выполнен по полумостовой схеме на транзисторах, зашунтированных диодами и с делителем напряжения на конденсаторах, причем к выходу однофазного инвертора напряжения подключена первичная обмотка трансформатора напряжения, выполненного с двумя последовательно соединенными вторичными полуобмотками, точка соединения которых образует один выходной вывод вольтодобавочного канала, выполненный с возможностью подключения к первому выходному выводу вентильного магнитоэлектрического генератора, причем второй выходной вывод вентильного магнитоэлектрического генератора является другим выходным выводом вольтодобавочного канала и образован точкой соединения анодов анодной группы диодов, шины питания однофазного инвертора напряжения подключены к выходным выводам вентильного магнитоэлектрического генератора, которые выполнены с возможностью подключения нагрузки, блок управления выполнен в виде задатчика опорного напряжения U0, датчика выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора Ud, первый вход которого соединен с первым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора, а второй вход соединен со вторым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора, причем его выход соединен с первым входом узла сравнения сигналов, ко второму входу которого подключен первый выход задатчика опорного напряжения U0, выход узла сравнения сигналов соединен со входом узла усиления сигнала ΔUd, выход которого подключен к первому входу узла суммирования сигналов, второй вход которого соединен со вторым выходом задатчика опорного напряжения U0, к выходу узла суммирования сигналов последовательно подсоединены модулятор ширины импульсов, логический узел и узел драйверов, выходы которого выполнены с возможностью подключения к управляющим входам транзисторов, источник питания внутренних нужд подключен к выходным выводам трехфазного магнитоэлектрического генератора, отличающийся тем, что концы первой и второй вторичных полуобмоток трансформатора напряжения подключены между первой и второй катодными группами диодов выпрямительного блока, логический узел блока управления выполнен с возможностью реализации режима вольтодобавки в области от nmin до nmax.

    2. Вентильный магнитоэлектрический генератор по п. 1, отличающийся тем, что при недостаточной индуктивности трехфазного магнитоэлектрического генератора между точкой соединения первой и второй вторичных полуобмоток трансформатора напряжения и первым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора включен дроссель, между указанной точкой и вторым выходным выводом вентильного магнитоэлектрического генератора подключен первый фильтровый конденсатор, а между первым и вторым выходными выводами вентильного магнитоэлектрического генератора подключен второй фильтровый конденсатор.

    Метод эквивалентного генератора (МЭГ) — Студопедия

    Рассмотрим задачу расчета тока в некоторой ветви сложной электрической цепи (рис. 5.2а). Данную задачу можно свести к анализу схемы, изображенной на рис. 5.2б, где элементы и (составляющие так называемый эквивалентный генератор) моделируют активный двухполюсник А.

    Для обоснования такого утверждения преобразуем исходную схему к изображенной на рис. 5.3а

    Поскольку включенные встречно в выделенную ветвь источники э.д.с. равны по величине, ток сохранит свое значение.

    Используя метод наложения, определим искомый ток в виде , где токи и соответствуют схемам рис.5.3б,в. Отметим, что двухполюсник П является пассивным, поскольку все источники исходной схемы содержаться в двухполюснике А — рис. 5.3б.

    Подберем величину э.д.с таким образом, чтобы ток был равен нулю. Для этого зададим , понимая под напряжение на зажимах активного двухполюсника в режиме холостого хода (рис. 5.4а).

    При известной э.д.с ток в изображенной на рис. 5.3в схеме определится соотношением

    где — эквивалентное сопротивление пассивного двухполюсника (рис. 5.4б).

    Замечая, что схема рис. 5.3в при замене пассивного двухполюсника его эквивалентным сопротивлением совпадает с расчетной моделью рис. 5.2б, получаем возможность найти ток в выделенной ветви ( ) согласно соотношению

    (*)

    Таким образом, поставленная задача (рис. 5.2а) фактически свелась к решению двух более простых задач: определению напряжения холостого хода на зажимах активного двухполюсника (рис. 5.4а) и расчету его эквивалентного сопротивления при закороченных источниках э.д.с. и разомкнутых источниках тока (рис. 5.4б).

    Следует иметь в виду, что при отыскании тока другой ветви в соотношение (*) необходимо подставить не только сопротивление этой ветви, но и заново рассчитанные величины и , которые находятся теперь относительно соответствующих узлов схемы.

    В качестве примера определим методом эквивалентного генератора ток в диагональной ветви так называемой мостовой схемы (рис.5.5а).

    Используя метод эквивалентного генератора, можем записать

    Для определения э.д.с. эквивалентного генератора необходимо рассмотреть схему, изображенную на рис. 5.5б. Замечая, что

    получаем

    Сопротивление эквивалентного генератора найдем, замкнув накоротко источник э.д.с. в схеме рис. 5.5б

    Следовательно, выражение для тока имеет вид:

    Заметим, что при условии ток в диагональной ветви мостовой схемы будет равен нулю, а значит и напряжение этой ветви также равно нулю. Отмеченное свойство мостовой цепи используется для экспериментального определения сопротивления резисторов

    В диагональную ветвь мостовой цепи включается вольтметр. В одной из ветвей цепи размещается резистор, сопротивление которого необходимо определить. Остальные ветви содержат резисторы с известными сопротивлениями, причем в качестве одного из них должен быть использован реостат ( ) — резистор с переменным сопротивлением.


    Изменяя сопротивление реостата, добиваются выполнения условия равновесия мостовой схемы, о чем свидетельствуют показания вольтметра ( ). При этом сопротивление исследуемого резистора рассчитывается по формуле

    Рассмотрим задачу расчета тока в некоторой ветви сложной электрической цепи (рис. 5.2а). Данную задачу можно свести к анализу схемы, изображенной на рис. 5.2б, где элементы и (составляющие так называемый эквивалентный генератор) моделируют активный двухполюсник А.

    Для обоснования такого утверждения преобразуем исходную схему к изображенной на рис. 5.3а

    Поскольку включенные встречно в выделенную ветвь источники э.д.с. равны по величине, ток сохранит свое значение.

    Используя метод наложения, определим искомый ток в виде , где токи и соответствуют схемам рис.5.3б,в. Отметим, что двухполюсник П является пассивным, поскольку все источники исходной схемы содержаться в двухполюснике А — рис. 5.3б.

    Подберем величину э.д.с таким образом, чтобы ток был равен нулю. Для этого зададим , понимая под напряжение на зажимах активного двухполюсника в режиме холостого хода (рис. 5.4а).

    При известной э.д.с ток в изображенной на рис. 5.3в схеме определится соотношением

    где — эквивалентное сопротивление пассивного двухполюсника (рис. 5.4б).


    Замечая, что схема рис. 5.3в при замене пассивного двухполюсника его эквивалентным сопротивлением совпадает с расчетной моделью рис. 5.2б, получаем возможность найти ток в выделенной ветви ( ) согласно соотношению

    (*)

    Таким образом, поставленная задача (рис. 5.2а) фактически свелась к решению двух более простых задач: определению напряжения холостого хода на зажимах активного двухполюсника (рис. 5.4а) и расчету его эквивалентного сопротивления при закороченных источниках э.д.с. и разомкнутых источниках тока (рис. 5.4б).

    Следует иметь в виду, что при отыскании тока другой ветви в соотношение (*) необходимо подставить не только сопротивление этой ветви, но и заново рассчитанные величины и , которые находятся теперь относительно соответствующих узлов схемы.

    В качестве примера определим методом эквивалентного генератора ток в диагональной ветви так называемой мостовой схемы (рис.5.5а).

    Используя метод эквивалентного генератора, можем записать

    Для определения э.д.с. эквивалентного генератора необходимо рассмотреть схему, изображенную на рис. 5.5б. Замечая, что

    получаем

    Сопротивление эквивалентного генератора найдем, замкнув накоротко источник э.д.с. в схеме рис. 5.5б

    Следовательно, выражение для тока имеет вид:

    Заметим, что при условии ток в диагональной ветви мостовой схемы будет равен нулю, а значит и напряжение этой ветви также равно нулю. Отмеченное свойство мостовой цепи используется для экспериментального определения сопротивления резисторов

    В диагональную ветвь мостовой цепи включается вольтметр. В одной из ветвей цепи размещается резистор, сопротивление которого необходимо определить. Остальные ветви содержат резисторы с известными сопротивлениями, причем в качестве одного из них должен быть использован реостат ( ) — резистор с переменным сопротивлением.

    Изменяя сопротивление реостата, добиваются выполнения условия равновесия мостовой схемы, о чем свидетельствуют показания вольтметра ( ). При этом сопротивление исследуемого резистора рассчитывается по формуле

    Магнитоэлектрический генератор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

    Магнитоэлектрический генератор

    Cтраница 2

    При построении этой кривой влиянием скорости на напряжение магнитоэлектрического генератора пренебрегли, получая при этом пессимистические или более высокие значения момента при скорости ниже номинальной.  [16]

    Предложение заменить постоянные магниты электромагнитами, возбуждаемыми током от другого магнитоэлектрического генератора, было сделано в 1851 г. Зинстеденом. Уайльда ( 1863 г.), который был выполнен в двух вариантах: как однофазный генератор переменного тока ( см. § 51 — 2) и как генератор постоянного тока.  [17]

    Предложение заменить постоянные магниты электромагнитами, возбуждаемыми током от другого магнитоэлектрического генератора, было сделано в 1851 г. Зипстеденом. Уайльда ( 1863 г.), который был выполнен в двух вариантах: как однофазный генератор переменного тока ( см. § 51 — 2) и как генератор постоянного тока.  [18]

    Предложение заменить постоянные магниты электромагнитами, возбуждаемыми током от другого магнитоэлектрического генератора, было сделано в 1851 г. Зинстеденом. Уайльда ( 1863 г.), который был выполнен в двух вариантах: как однофазный генератор переменного тока ( см. § 51 — 2) и как генератор постоянного тока.  [19]

    Поскольку сделано допущение, что нагрузка на электродвигатель, вращающий магнитоэлектрический генератор, остается постоянной при полном форсировоч-ном возбуждении, было получено, что скорость при коротком замыкании снижается. Однако в последующем она легко восстанавливается.  [20]

    Анализ, проведенный В.А.Балагуровым [5], показал, что предельная мощность магнитоэлектрических генераторов ( МЭГ) зависит от магнитных свойств постоянных магнитов, типа магнитной системы и геометрии ротора.  [21]

    Прибор смонтирован в брызгонепроницаемом пластмассовом корпусе и состоит из двух основных частей: магнитоэлектрического генератора постоянного тока напряжением 500 в при номинальной скорости вращения рукоятки привода генератора 120 об / мин и измерительного механизма магнитоэлектрической системы.  [23]

    Статор, как правило, представляет собой систему электромагнитов, но в некоторых типах генераторов переменного тока ( магнитоэлектрические генераторы) применяется система постоянных магнитов. Ротор обычно представляет собой систему витков провода, смонтированных на слоистом железном сердечнике. Такая система известна как якорная. В некоторых типах генераторов постоянного тока вращающейся частью является система поля.  [24]

    Уайльдом было реализовано применительно к синхронному генератору предложение В. И. Зинстедена ( 1851 г.) о замене постоянных магнитов элегромагнитами, возбуждаемыми от вспомогательного магнитоэлектрического генератора постоянного тока, названного впоследствии возбудителем.  [25]

    При измерении сопротивления изоляции мегаомметром с ручным приводом частоту вращения от руки поддерживать постоянной невозможно, поэтому меняется напряжение встроенного в прибор магнитоэлектрического генератора. Почему в этом случае непостоянство напряжения источника не сказывается на результатах измерения.  [26]

    Питание двух параллельных ветвей логометра производится или от батареи элементов, или от сети переменного тока через трансформатор и выпрямитель, или, наконец, от встроенного магнитоэлектрического генератора постоянного тока, приводимого во вращение от руки. Неравномерность вращения, вызывающая непостоянство напряжения на ее зажимах, не влияет на отношение токов / i / / 2, а следовательно, не влияет и на показание омметра.  [28]

    Далее было показано, что регулятор возбуждения, обычно используемый совместно с такими возбудителями, во время существования указанных ненормальных условий и после их ликвидации будет вести себя вполне удовлетворительно, если напряжение на электродвигателе магнитоэлектрического генератора будет таким же, как на электродвигателе возбудителя. Дополнительное возбуждение может быть получено возбудителем для обеспечения характеристик, указанных выше. Максимальное напряжение регулятор может давать неограниченное время, не вызывая торможения агрегата с магнитоэлектрическим генератором.  [29]

    Страницы:      1    2    3    4

    Метод оптимизации магнитной цепи линейного генератора с использованием моделирования методом конечных элементов: AIP Advances: Vol 10, No 3

    Линейный генератор моделируется с помощью Comsol Multiphysics®. Поскольку алгоритмы оптимизации запускаются из Matlab Optimization Toolbox TM , модель Comsol создается в Matlab с использованием функции LiveLink TM между двумя программами. Таким образом, метод для этой статьи разделен на три подраздела: один содержит общую информацию для линейного генератора, другой обрабатывает среду КЭ-модели в Comsol, а третий обрабатывает методы оптимизации, реализованные в Matlab.Поскольку модель Comsol создается и модифицируется с помощью Matlab, последние два подраздела частично совпадают.

    A. Линейный генератор

    Линейный генератор, используемый в этой статье, имеет прямоугольную форму. Это совпадает с исследованием, проведенным исследовательской группой авторов в Университете Уппсалы, 21,22 21. A. Parwal et al. , «Исследования волновой энергии в Университете Упсалы и на исследовательском полигоне Люсекил, Швеция: обновление статуса», на 11-й Европейской конференции по энергии волн и приливов, 2015 г.22. А. Э. Фрост, Л. Ульвгард, Л. Шёквист, С. Эрикссон, М. Лейон, «Частичное перекрытие статора в линейном генераторе для волновой мощности: экспериментальное исследование», J. Mar. Sci. англ. 5 , 53 (2017). https://doi.org/10.3390/jmse5040053, где набор таких прямоугольных блоков образует генератор в целом, как показано на рис. 1. Исследовательская группа авторов, среди прочего, построила и оценила ферритовые линейные генераторы. 22,23 22. А.Э. Фрост, Л. Ульвгорд, Л. Шёквист, С. Эрикссон, М.Лейон, «Частичное перекрытие статора в линейном генераторе волновой мощности: экспериментальное исследование», J. Mar. Sci. англ. 5 , 53 (2017). https://doi.org/10.3390/jmse504005323. Б. Экергорд, «Полномасштабное применение преобразователей электромагнитной энергии с постоянными магнитами: от Nd 2 Fe 14 B до феррита», доктор философии. диссертация, Отделение электричества, Упсальский университет, 2013. Заглубленные фотоэлектрические модули используются с чередованием полярности и полюсными башмаками, расположенными между ними, как показано на рис. 2. Сравнение линейного генератора с заглубленными магнитами с более часто используемыми магнитами, установленными на поверхности, длина в направлении намагничивания PM ограничена шагом полюсов для скрытого магнита, в то время как для поверхностного магнита длина, перпендикулярная намагниченности, ограничена.Для скрытых магнитов длина, перпендикулярная намагниченности, может увеличиваться. Та же свобода распространяется и на башмаки для палок. На протяжении всей статьи высота используется в направлении намагниченности ФЭУ, а ширина — в направлении, перпендикулярном намагниченности ФЭУ. В модели транслятор состоит из ФЭУ с железом между ними. В реальности нужен транслятор салона для фиксации полюсных башмаков и ПМ. Внутренняя часть транслятора должна быть немагнитной с такой же воздухопроницаемостью.Постоянная плотность внутреннего потока в движущейся системе отсчета приводит к незначительным индуцированным электрическим полям и вихревым токам. Существует небольшая область воздуха, движущаяся вместе с преобразователем, и еще одна большая область неподвижного воздуха, обеспечивающая магнитный поток с обеих сторон преобразователя. Это показано на рис. 3. Количество пазов на полюс и фазу, q , которые связывают шаг полюсов транслятора с шагом пазов статора, предполагается постоянным. В этой статье для q установлено значение 6/5, и используется схема обмотки, аналогичная ранее использовавшейся для преобразователей волновой энергии. 24 24. Даниэльссон О., Лейон М., Шёстедт Э. Детальное исследование магнитной цепи в синхронном линейном генераторе с постоянными магнитами с продольным потоком // IEEE Trans. Магн. 41 , 2490–2495 (2005). https://doi.org/10.1109/tmag.2005.855449 Между намотанными в статоре кабелями находится слой воздуха, размеры которого аналогичны использовавшейся ранее изоляции. 24 24. Даниэльссон О., Лейон М., Шёстедт Э. Детальное исследование магнитной цепи в синхронном линейном генераторе с постоянными магнитами с продольным потоком // IEEE Trans.Магн. 41 , 2490–2495 (2005). https://doi.org/10.1109/tmag.2005.855449 Фиксированные значения параметров генератора можно увидеть в таблице I.

    ТАБЛИЦА I. Параметры генератора.

    24,8 мм
    Параметры Значение Параметры Значение
    полюсный шаг, τ р 36 мм Слот основного тона, τ s 10 мм
    Изоляция проводника 1 мм Радиус проводника, r cond 1.65 мм
    медной фракции 33,3% 33,3% 4 мм
    скорость переводчика 0,5 м / с проводников на слот 6
    длина стека, л стека 1 м 1 м Статор толщиной 24,8 мм
    слотное отверстие 1 · R COND Толщина талии 1.5· r cond
    Изменение характеристик электрической машины может иметь большое влияние на ее работу. Определенные изменения, такие как извилистые модели, могут казаться как стохастическими, так и неградиентными для целевой функции. Для каждого увеличения параметрической степени свободы необходимо еще больше увеличить количество итераций для поиска оптимального решения. Принимая во внимание это, исследование обрабатывает только три параметра, которые могут изменяться независимо друг от друга.Этими независимыми параметрами являются ширина ПМ, ПМ ширина ; отношение высоты ПМ к шагу полюса, ПМ % = ПМ высота / τ p ; и PS % , подразумевая частичное удаление полюсного башмака на дальней левой стороне транслятора, который используется для направления потока вправо. 25,26 25. E. Spooner и A. Williamson, «Модульные генераторы ветряных турбин с постоянными магнитами», в IAS’96, отчет конференции IEEE Industry Applications Conference 1996, тридцать первое ежегодное собрание IAS ( IEEE, 1996), Том.1, стр. 497–502.26. Дж. Лейон и др. , «Исследование модифицированной магнитной цепи линейного генератора с постоянными магнитами для волновой энергии», Energies 11 , 84 (2017). https://doi.org/10.3390/en11010084 Остаток железа полюсного башмака указан в процентах PS % от PM ширина , где PS ширина 2 3

    1 =

    1 = 1 · ПМ ширина . Геометрический пример оптимизируемых параметров можно увидеть на рис.2.

    ТАБЛИЦА II. Параметры магнита.

    8 385 ± 15
    Марка B r (MT) 9 | Н с, б | (кА/м) | H c, j | (KA / M) BH MAX (KJ / M 3 )
    Y30 385 ± 15 200 ± 20 28 ± 2
    Y40 450 ± 10 342 ± 12 350 ± 10 39.665 ± 2,165

    B. Настройка конечно-элементной модели

    Линейный генератор настраивается в среде двумерного квазистатического магнитного поля в Comsol Multiphysics, вычисляя магнитный векторный потенциал. Квадратичная дискретизация используется для магнитного векторного потенциала. Из-за повторения схемы намотки каждые 36 пазов вводится периодическое условие с повторением магнитного векторного потенциала A вверх ( x ) = A вниз ( x ).Таким образом, необходимое количество полюсов PM составляет p = Q / mq = 10, где Q — количество слотов, m — количество фаз, а q — ранее упомянутое количество слотов на полюс и фазу. . Граничное условие Дирихле с магнитным векторным потенциалом A = 0 задается на внешних границах воздуха с обеих сторон. Движение транслятора допускается с помощью подвижной сетки. Чтобы поток мог пересекать границу между транслятором и статором, можно ввести идеальный магнитопровод -интерфейс ( n × H = 0). 28 28. См. https://www.comsol.com/blogs/modeling-linear-motors-or-generators-in-comsol-multiphysics для моделирования линейных двигателей или генераторов в comsol multiphysics; по состоянию на 25 сентября 2019 г. Вместо этого используется модификация формулировки непрерывности границы ( A назначения = A источник ), где магнитный векторный потенциал активно отображается в формулировке непрерывности в соответствующее положение как на рис. 3. На рис. 4 нанесены векторный магнитный потенциал и норма плотности магнитного потока.Та же формулировка используется и на левой подвижной границе. Пример сетки, используемой в этой статье, можно увидеть на рис. 3 (б). Слишком грубая сетка вызовет неравномерность целевой функции. Такие нарушения должны быть сведены к минимуму, чтобы избежать нежелательного использования в процессе оптимизации. Воздушный зазор разделен на несколько слоев для дальнейшего улучшения сетки. PM моделируются в Comsol с использованием формулировки остаточной магнитной индукции ( B r ) следующим образом: Относительная магнитная проницаемость больше 1 допускает обратимые изменения намагниченности. ФЭУ, определяемой восприимчивостью χ=∂M∂H=µr−1.Относительная проницаемость получается из максимального энергетического произведения при допущении, что кривая B-H является линейной выше точки максимального энергетического произведения во втором квадранте. Это линейное поведение некоторых ферритов можно увидеть для Y30 от производителя, 27 27. См. https://e-magnetsuk.com/ferrite_magnets/ferrite_grades.aspx для классов ферритовых магнитов; по состоянию на 25 сентября 2019 г. для Y33BH 29 29. М. Фасил, Н. Миятович, Б. Б. Дженсен и Дж. Холболл, «Изменение производительности двигателя постоянного тока с ферритовым магнитом в зависимости от температуры», IEEE Trans.Магн. 51 , 1–6 (2015). https://doi.org/10.1109/tmag.2015.2456854 и выражен в литературе. 30 30. Б. Д. Каллити и К. Д. Грэм, Введение в магнитные материалы , 2-е изд. (Джон Вили и сыновья, 2009 г.), стр. 477–483. Это дает максимум энергетического произведения BH max при B=Br2 и H=B-Brµ0µr=-Br2µ0µr. Это, в свою очередь, дает относительную проницаемость как функцию остаточной магнитной индукции и BH max , выраженную следующим образом: Это выражение для относительной проницаемости в сочетании с ферритами 31 31.П. Эклунд и С. Эрикссон, «Изменения плотности магнитного потока в воздушном зазоре из-за производственных допусков в синхронном генераторе с постоянными магнитами», в 2016 XXII Международная конференция по электрическим машинам (ICEM) (IEEE, 2016), стр. 93– 99. и редкоземельные элементы 32 32. Хамидизаде С., Алатауне Н., Хромик Р. Р., Лоутер Д. А. Сравнение различных моделей размагничивания постоянного магнита в машинах для электромобилей. IEEE Trans. Магн. 52 , 1–4 (2016).https://doi.org/10.1109/tmag.2015.2513067 PM использовались в предыдущих исследованиях. Однако объединение этого выражения с данными о материалах в таблице II дает довольно разные значения плотности магнитного потока для точки перегиба, в основном из-за большой разницы в собственной коэрцитивной силе. Это показано на рис. 6. Исходное моделирование вычисляется, когда проницаемость определяется либо как тензор y
    ) или постоянное значение.Разница во времени примерно на 12% больше для моделирования с тензором ( μ r, x = μ r, z = 1) с небольшим влиянием на результат. При отсутствии данных по µ r, x и µ r, z и для экономии времени проницаемость здесь предполагается постоянной. В качестве материала для статора используется кремниевая сталь NGO 50PN270. переводчик железа. Доступ к этому материалу осуществляется из базы данных материалов Comsol.Кривая B–H и кривая M–H µ 0 показаны на рис. 5. Из рисунка видно, что железо достигает насыщения примерно при 1,7 Тл. пересечение нуля при нулевом приложенном поле в (b). Другими словами, в модели отсутствуют гистерезисные потери железа. Вихревыми токами также пренебрегают, устанавливая нулевую проводимость железа. Поскольку электропроводность ферритовых магнитов намного меньше, чем у железа, проводимость ФЭУ также устанавливается равной нулю.Проведено сравнение между смоделированной рецептурой в Comsol и собственной программой, ранее проверенной экспериментально, 33 33. С. Эрикссон, А. Солум, М. Лейон и Х. Бернхофф, «Моделирование и эксперименты на 12 кВт синхронный генератор с постоянными магнитами и прямым приводом для ветроэнергетики», Renewable Energy 33 , 674–681 (2008). https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.03.027, показывающий разницу в пиковых значениях плотности магнитного потока воздушного зазора менее 2% для магнитов Y40, установленных на поверхности.Экспериментальная проверка Comsol для многополюсного ферритового генератора ранее была представлена ​​для вращающейся машины. 34 34. P. Eklund, «Конструкция генераторов с постоянными магнитами без редкоземельных элементов», Ph.D. диссертация, Отделение электричества, Уппсальский университет, 2018 г. Напряжение холостого хода можно рассчитать непосредственно с помощью Comsol или с помощью (3). Последнее происходит из закона Ампера ∇×E=−∂(∇×A)∂t и закона Фарадея для электродвижущей силы ε=∮lE⋅dl=−dΨdt. Для двумерного моделирования с проводниками среднее электрическое поле по одному проводнику Ē cond определяется как Ēcond=1Scond∫S(−dAzdt+dAzdxdxdt+dAzdydydt)dS.Для стационарных проводников dxdt=dydt=0. Предполагая однородные проводники без скин-эффекта, индуцированное напряжение холостого хода для одной фазы, таким образом, равно
    l штабель — длина штабеля вне плоскости генератора, здесь она равна 1 м. Дробь S общ, фаза / S конд соответствует количеству проводников на фазу.Каждый виток замкнутого интеграла закона Фарадея состоит из двух проводников длиной l стопки . Проведено сравнение между наведенным фазным напряжением, полученным путем интегрирования по проводникам на основе (3), и встроенной функцией Comsol, показывающее ошибки в среднеквадратичном значении менее 0,625% между двумя подходами. Из-за незначительной разницы между ними для алгоритмов оптимизации используется встроенная функция Comsol для напряжения холостого хода.

    Во время моделирования поддерживается постоянная температура 20 °C.

    C. Настройка оптимизации в Matlab

    В этом исследовании параллельно используются два различных алгоритма оптимизации: генетический алгоритм и оптимизация роя частиц. Эти алгоритмы оптимизации доступны через Matlab как функции. Оба они являются алгоритмами на основе популяции и не зависят от производной решения. Генетический алгоритм создан для имитации поведения популяции на протяжении поколений и вращается вокруг свойств детей .Свойства могут быть либо мутированными со случайными изменениями от одного родителя, либо кроссовером между двумя родителями, либо, если это ребенок с лучшим результатом, могут быть напрямую переданы следующему поколению без изменений. 35,36 35. D. E. Goldberg, Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning (Addison-Wesley Professional, 1989).36. Дж. Х. Холланд, «Генетические алгоритмы и адаптация», в Adaptive Control of Ill-Defined Systems , под редакцией О.Г. Селфридж, Э. Л. Риссланд и М. А. Арбиб (Springer US, Boston, MA, 1984), стр. 317–333. Оптимизация роя частиц была первоначально разработана, чтобы имитировать поведение птиц, но в дальнейшем стала больше напоминать поведение частиц, движущихся в пространстве. Скорости частиц основаны на их собственном лучшем местоположении и наилучшем местоположении всего роя. 37 37. Дж. Кеннеди и Р. Эберхарт, «Оптимизация роя частиц», в материалах ICNN’95: Международная конференция по нейронным сетям (IEEE, 1995), Vol.4, стр. 1942–1948.

    Одним из преимуществ генетического алгоритма является то, что он дает пользователю возможность использовать целочисленные значения. Это полезно, например, при изменении количества витков на паз или при смене нескольких рисунков намотки. Параллельное использование нескольких алгоритмов оптимизации позволяет сравнивать оптимальные решения. Преимущество этого исследования заключается в сравнении производительности алгоритмов оптимизации, поскольку используются только нецелочисленные параметры.

    Comsol управляется через Matlab с помощью функции LiveLink.Для каждой итерации новые значения параметров генерируются алгоритмами оптимизации и используются в модели Comsol. Затем результаты извлекаются и используются для целевой функции. Целевая функция, выбранная для этой статьи, представляет собой среднее пиковое напряжение холостого хода трех фаз. Интерфейс магнитного поля можно соединить с электрическими цепями. Однако это значительно увеличит время вычислений. Учитывая общее время в Таблице IV, это нецелесообразно.

    Более высокая плотность потока в кремнистой стали увеличивает напряжение холостого хода.Повышенная напряженность поля по-прежнему немного увеличивает плотность потока, даже когда сталь насыщена, с небольшим увеличением напряжения холостого хода. Для учета насыщения железом в целевой функции вводится понижающий коэффициент k r,sat . Этот понижающий коэффициент вступает в силу после достижения определенной плотности магнитного потока, и по мере дальнейшего увеличения потока понижающий коэффициент ограничивает целевую функцию. В этой статье k r,sat имеет постоянное значение 1, пока плотность потока в железе не достигнет 1.7 Тл. Между 1,7 Тл и 1,8 Тл коэффициент уменьшения линейно снижается до 0,

    . Также необходимо учитывать риск необратимого размагничивания ПМ. Формулировка плотности магнитного потока, используемая в Comsol, указана в (1). Это показано красной пунктирной линией на рис. 6 и предполагает постоянную восприимчивость ПМ. Однако в какой-то момент между намагниченностью и напряженностью магнитного поля возникнет нелинейная зависимость. Существует несколько подходов к учету этого.Один из способов состоит в том, чтобы аппроксимировать кривую B – H двумя прямыми линиями, пересекающимися в точке излома. 38 38. Sjökvist S. и Eriksson S., «Исследование размагничивания постоянных магнитов в синхронных машинах в условиях многократного короткого замыкания», Energies 10 , 1638 (2017). https://doi.org/10.3390/en10101638 Это показано синими линиями (темно-серыми в оттенках серого) на рис. 6. Нижняя из соединенных линий определяется как линия, которая пересекает оба B = 0 в Прочность на принудительное поле ч = ч C, B и B = μ = μ 0 ч ч C, J при внутренней привередности ч = ч C, J когда намагниченность равна нулю.Другой подход заключается в моделировании кривой B – H как аналитической экспоненциальной функции. 39 39. С. Руохо, Э. Длала и А. Арккио, «Сравнение моделей размагничивания для конечно-элементного анализа синхронных машин с постоянными магнитами», IEEE Trans. Магн. 43 , 3964–3968 (2007). https://doi.org/10.1109/tmag.2007.9 Это дается следующим уравнением и иллюстрируется желтыми линиями (светло-серые в оттенках серого) на рис. 6: +H),
    (4)
    , где K 1 определяет «резкость» точки перегиба.Экспоненциальная функция используется в этом исследовании для выражения нелинейного размагничивания ФЭУ. Для Y30 и Y40 не было найдено адекватных кривых размагничивания, чтобы подтвердить точку перегиба. Таким образом, резкость устанавливается там, где было показано хорошее согласие для магнитов с более высокой остаточной намагниченностью 40 40. Sjökvist S. и Eriksson S., «Изучение риска размагничивания для синхронного генератора с постоянными магнитами с прямым приводом мощностью 12 кВт для ветроэнергетики», Energy Sci . англ. 1 , 128–134 (2013). https://дои.org/10.1002/ese3.16 со значением K 1 = −1,5 × 10 −4 м A −1 . Значение K 1 можно изменить, чтобы оно соответствовало экспериментальным данным для каждого сорта, но в данной статье оно считается постоянным. K 2 определяется в (5) как функция собственной коэрцитивной силы H c,j , K 1 и коэффициента пересчета 6 ln[((µr−1)⋅µ0⋅Hc,j+Br)⋅1E]K1−Hc, j. (5) Оказавшись в нелинейной области кривой намагничивания, кривая B–H откатится к уменьшенному B r . Это требует от решателя активного обновления B r , что требует много времени и, в свою очередь, нецелесообразно для алгоритма оптимизации с несколькими сотнями итераций. Поэтому в постобработке вводится второй понижающий коэффициент, который вступает в силу, когда размагничивание ФЭУ превышает точку отклонения экспоненциальной функции от линейной.Эта точка обозначена звездочкой на рис. 6 и определяется как точка, в которой экспоненциальная функция отличается от прямой линии (1) более чем на 1 мТл. Ниже этой точки PM начнет отскакивать к более низкому B r . Сравнивая (1) и (4), легко увидеть, что разница между двумя уравнениями определяется выражением Это соотношение между (1) и (4) справедливо только тогда, когда относительная проницаемость и B r одинаковы для оба уравнения.Обновление B r в моделировании, зависящем от времени, не изменит B r в (4), но приведет к уменьшению отдачи B r в (1), делая (6) действительным большая петля гистерезиса, где впервые определяются параметры (4). После этого необходимо учесть изменение Б р . Малая петля, связанная с уменьшенным B r , часто аппроксимируется линейной проницаемостью отдачи, равной значению относительной проницаемости большой петли.Литература раскрывает внутреннюю зависимость коэрцитивной силы в отношении угла между напряженностью магнитного поля и намагниченностью, которая не соответствует идеальной защите от размагничивания под прямым углом. 17,41,42 17. С. Руохо и А. Арккио, «Частичное размагничивание постоянных магнитов в электрических машинах, вызванное наклонным полем», IEEE Trans. Магн. 44 , 1773–1778 (2008 г.). https://doi.org/10.1109/tmag.2008.92195141. Ю. Мацуура, «Механизм коэрцитивности ферритовых магнитов SrO·6Fe 2 O 3 », IEEE Trans.Магн. 54 (11), 2101405 (2018). https://doi.org/10.1109/tmag.2018.283548142. Г. Мартинек и Х. Кронмюллер, «Влияние ориентации зерен коэрцитивного поля в постоянных магнитах Fe-Nd-B», J. Magn. Магн. Матер. 86 , 177–183 (1990). https://doi.org/10.1016/0304-8853(90)-b Одним из таких случаев с большими углами между напряженностью магнитного поля и намагниченностью являются погребенные линейные генераторы, где топология концентрации потока заставляет поток менять направление близко к граница ПМ.Размер образца диаметром 4 мм и высотой 20 мм использовался в измерениях импульсного поля в одном исследовании, 17 17. С. Руохо и А. Арккио, «Частичное размагничивание постоянных магнитов в электрических машинах, вызванное наклонным полем, IEEE Trans. Магн. 44 , 1773–1778 (2008 г.). https://doi.org/10.1109/tmag.2008.921951, следовательно, в масштабе, который намного меньше масштаба моделирования электрической машины. Чтобы учесть угловую зависимость, можно оценить функции распределения выравнивания для учета смещения легкой оси. 41 41. Ю. Мацуура, «Механизм коэрцитивности SrO·6Fe 2 O 3 ферритовых магнитов», IEEE Trans. Магн. 54 (11), 2101405 (2018). https://doi.org/10.1109/tmag.2018.2835481 Другим способом является использование полиномиальной функции для прямой компенсации угловой зависимости с увеличением величины собственной коэрцитивной силы. 17 17. С. Руохо и А. Арккио, «Частичное размагничивание постоянных магнитов в электрических машинах, вызванное наклонным полем», IEEE Trans.Магн. 44 , 1773–1778 (2008 г.). https://doi.org/10.1109/tmag.2008.921951 Полиномиальная функция в (7) используется для задания собственной коэрцитивной силы для каждого узла ФЭУ, где γ — угол между напряженностью магнитного поля и намагниченностью,
    Hc,jang=Hc,j(1+a1γ+a2γ2+a3γ3). (7)
    Используя этот полином для учета углового отклонения собственной коэрцитивной силы, рассматривается величина напряженности поля, а не только напряженность поля в антипараллельном направлении.Сравнение наклонной зависимости от собственной коэрцитивной силы при 20 °C ферритов SrFe 11,6 0 19 19 19. Y. Matsuura, N. Kitai, S. Hosokawa, and J. Hoshijima. зависимость коэффициента уменьшения коэрцитивной силы и угловая зависимость коэрцитивной силы ферритовых магнитов // Журн. Магн. Матер. 411 , 1–6 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.03.007 к редкоземельным магнитам Nd 14,2 B 6,2 Co 1.0 Fe бал. и Nd 14,2 Dy 0,3 B 6,2 Co 1,0 Fe бал. 18 18. Ю. Мацуура и др. , «Температурные свойства выравнивающей зависимости коэффициента уменьшения коэрцитивной силы и угловой зависимости коэрцитивной силы в спеченных магнитах Nd-Fe-B», J. Magn. Магн. Матер. 398 , 246–252 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.09.003 показывает небольшую разницу, когда остаточная намагниченность каждого ФЭУ близка к намагниченности насыщения.При отсутствии доступа к данным Y30 или Y40 для учета наклона предполагается аналогичное поведение на единицу. Транс. Магн. 44 , 1773–1778 (2008 г.). https://doi.org/10.1109/tmag.2008.921951 и α 1 , α 2 , и α 3 устанавливаются соответственно ( A 1 = 3,17 × 10 −4 град −1 , a 2 = −3.38 × 10 −5 град −2 и a 3 = 1,37 × 10 −6 град −3 ). Кривые размагничивания для различных Hc,jang можно увидеть на рис. 7 вместе с прямой линией (1) и точками на кривой, где экспоненциальная функция начинает отклоняться от прямой. Коэффициент k r ,demag , учитывающий размагничивание, смотрит, сколько PM (указано в процентах), которые превышают точку, указанную звездочкой для каждого узла в моделировании FE.Уравнение для каждого узла задается как
    Cnode=|Δeqs|≤1 mT,0 (над звездочкой)|Δeqs|>1 mT,1 (под звездочкой). (8)

    Квота размагничивания, полученная как 1SPM∫SCnodedS и выраженная в процентах, затем используется в коэффициенте уменьшения k r,demag . Понижающий коэффициент выражается как линейное снижение от 1 до 0 при увеличении квоты размагничивания с 0% до 10%. Завышение смоделированного напряжения холостого хода, вызванное отсутствием обновления до приведенного B r в углах, незначительно по сравнению с приведенным значением целевой функции, вызванным понижающим коэффициентом.Следует подчеркнуть, что ни один из коэффициентов уменьшения не влияет на расчет модели КЭ. Они влияют только на целевую функцию в постобработке. Пространственные распределения (например, Hc,jang/Hc,j, Δ eqs и C узел ) определяются в среде Comsol либо как функции (верхний и нижний пределы), либо как переменные (без ограничений).

    В отличие от вращающейся машины, транслятор часто собирают до того, как его вставят в статор. 43 43.Халтман Э., Экергорд Б., Камф Т., Салар Д. и Лейон М. «Подготовка генератора преобразователя энергии волн Университета Упсалы к крупномасштабному производству», 5-я Международная конференция по энергии океана, 2014 г. Кроме того, частичное перекрытие транслятора может быть разрешено. 22 22. А. Э. Фрост, Л. Ульвгард, Л. Шоквист, С. Эрикссон и М. Лейон, «Частичное перекрытие статора в линейном генераторе для волновой мощности: экспериментальное исследование», J. Mar. Sci. англ. 5 , 53 (2017). https://дои.org/10.3390/jmse5040053 Для случая без нагрузки размагничивание более серьезное, когда транслятор окружен воздухом из-за принудительного увеличения пути сопротивления. Предыдущее исследование размагничивания ферритов в конфигурации спиц во время короткого замыкания показало, что наихудший случай размагничивания был, когда магнит был помещен в воздух во время сборки. 44 44. Sjökvist S., Eklund P. and Eriksson S. «Определение риска размагничивания для двух ветряных генераторов с постоянными магнитами, изготовленных из разных материалов и с идентичными статорами», IET Electr.Приложение Power 10 , 593–597 (2016). https://doi.org/10.1049/iet-epa.2015.0518 Что касается разницы в пути сопротивления, существует два расчета модели Comsol для каждой итерации целевой функции: один вычисляет фазные напряжения без нагрузки, коэффициент насыщения и коэффициент размагничивания при соседнем статоре; и тот, который вычисляет коэффициент размагничивания, когда транслятор окружен только воздухом. Целевая функция задается формулой (9), где τ p — шаг полюсов, а N PM — количество магнитов,
    fobj=−Vno-load,peakkr,satkr,demagτpNPM. (9)
    Произведение τ p N PM — это общая длина моделируемого генератора, необходимая для обеспечения периодичности. С безразмерными понижающими коэффициентами единица измерения целевой функции f obj определяется как В м −1 . Алгоритмы оптимизации попытаются найти минимум целевой функции min( f obj ). Это является причиной отрицательного знака (9).Таким образом, два коэффициента уменьшения ограничат максимальную плотность потока ( k r,sat ) в железе и минимальную плотность потока ( k r,demag ) в PM. Блок-схема всего процесса оптимизации можно увидеть на рис. 8. Генетический алгоритм и оптимизация роя частиц являются метаэвристическими и не могут гарантировать решение, являющееся глобальным оптимумом. После завершения поиска (20 итераций через 20 поколений) вблизи оптимальных решений выполняются параметрические проверки, чтобы увидеть, находится ли решение на глобальном максимуме.

    Разработка и анализ магнитопровода на двухрадиальном постоянном магните и явнополюсном гибридном электромагнитном генераторе возбуждения для транспортных средств | Китайский журнал машиностроения

    Генератор гибридного возбуждения состоит из двойного радиального ротора с постоянными магнитами, явнополюсного ротора электрического возбуждения, сердечника статора, обмотки якоря и других компонентов. Принципиальная схема показана на рисунке 1.

    Рисунок 1

    Структурная схема гибридного генератора возбуждения с двойным радиальным постоянным магнитом и явным полюсом электромагнитного возбуждения.1: выпрямитель; 2: Вал; 3: Контргайка; 4: задняя крышка; 5: электрическая обмотка возбуждения; 6: сердечник ротора с явными полюсами; 7: сердечник статора; 8: сапоги-шесты; 9: Постоянный магнит в форме плитки; 10: Крыло арматуры; 11: Немагнитный винт; 12: передняя крышка; 13: Прямоугольный постоянный магнит; 14: Сердечник ротора с постоянными магнитами; 15: Втулка с магнитной изоляцией из литого под давлением алюминия; 16: Воздушный зазор, изолирующий магнитное поле II

    Двухрадиальный ротор с постоянными магнитами

    Структурная схема двухрадиального ротора с постоянными магнитами показана на рисунке 2.Постоянный магнит ротора состоит из постоянного магнита в форме плитки и постоянного магнита прямоугольной формы. Постоянный магнит в форме плитки закреплен на ярме ротора через полюсные наконечники немагнитным винтом, а постоянный магнит прямоугольной формы заделан в прямоугольный паз сердечника ротора. Поскольку постоянный магнит в форме плитки и прямоугольный постоянный магнит вместе создают поток для воздушного зазора, плотность потока воздушного зазора увеличивается. Воздушные зазоры I и II, изолирующие магнитное поле на сердечнике ротора, спроектированы таким образом, чтобы прямоугольный постоянный магнит сам по себе не вызывал рассеяния магнитного потока.{\prime}_\text{m} = 225\frac{{p_{NY} \upsigma_{0} K_\text{ad} K_\text{F} }}{{fK_\text{u} K_\text {B} C\left( {BH} \right)_{\text{max} } }},$$

    (1)

    где \(P_{NY}\) — мощность постоянного магнита, \(\upsigma_{0}\) — коэффициент магнитного рассеяния, \(K_{\text{ad}}\) — эквивалентный коэффициент прямоосной реакции якоря, \(K_{\text{F}}\) — отношение магнитодвижущей силы постоянного магнита к прямоосной магнитодвижущей силе якоря при коротком замыкании генератора, f — частота генератор, \(K_{\text{u}}\) — коэффициент формы волны напряжения, \(K_{\text{B}}\) — коэффициент формы волны потока в воздушном зазоре, C — максимальное использование магнитной энергии коэффициент, \((BH)_{ \text{max} }\) — максимальное произведение магнитной энергии.{\prime}_{\text{m}}\) = 3,46 × 10 4 мм 3 .

    Конкретный размер постоянного магнита определяется геометрическими ограничениями конструкции ротора. Геометрические ограничения толщины постоянного магнита показаны на рисунке 3.

    Рисунок 3

    Геометрические ограничения толщины постоянного магнита

    Радиус сердечника статора R s0 и радиус сердечника ротора R r0 генератора в этой конструкции постоянны.На толщину постоянного магнита влияют несколько геометрических ограничений:

    $$0 < b_{\text{m1}} + b_{\text{P}} < R_{\text{s0}} - R_{\text{r0}} - \дельта ,$$

    (2)

    $$h_{\text{m1}} < R_{\text{r0}} \theta \frac{{\uppi}}{180},$$

    (3)

    $$0 < t_{3} = R_{\text{r0}} - \frac{{h_{\text{m2}} }}{\tan \theta} < R_{\text{r0}} - \ влево( {R_{\text{z}} + t_{1} + t_{2} } \right) .$$

    (4)

    где b m1 – толщина плиточного постоянного магнита, b P – толщина полюсных башмаков, δ – длина воздушного зазора, θ – изолирующий угол между магнитными воздушный зазор II и абсцисса, h м1 – половина ширины плиткообразного постоянного магнита, h м2 – ширина прямоугольного постоянного магнита, R z – радиус оси, t 1 – толщина втулки магнитоизоляции, t 2 – длина выпуклости втулки магнитоизоляции, t 3 – расстояние от прямоугольного постоянного магнита до края сердечника ротора.

    Расчетный фактический размер постоянного магнита показан в таблице 1.

    Таблица 1 Размер постоянного магнита

    Явнополюсный ротор электрического возбуждения

    Ротор электрического возбуждения необходим для создания дополнительной индуцированной без нагрузки электродвижущей силы в соответствии с изменениями тока нагрузки, чтобы компенсировать изменения напряжения, вызванные изменениями тока нагрузки. Следовательно, напряжение на клеммах генератора гибридного возбуждения остается постоянным. Для явнополюсного генератора необходимо спроектировать и рассчитать только форму полюса и витки обмотки электрического возбуждения.Структурная схема явнополюсного ротора электрического возбуждения показана на рисунке 4.

    Рисунок 4

    Структурная схема явнополюсного ротора электрического возбуждения. 1: сердечник ротора с явными полюсами; 2: обмотка электрического возбуждения; 3: Вал

    Определение формы явно выраженного полюса

    В конструкции генератора с явно выраженными полюсами существуют четкие требования к форме волны плотности потока в воздушном зазоре для максимально синусоидального распределения, чтобы выходное напряжение генератора было синусоидальным.Однако из-за концентрации обмотки возбуждения генератора с явно выраженными полюсами распределение магнитного потенциала имеет прямоугольную форму. Поэтому в явнополюсном генераторе обычно нет ровных воздушных зазоров. Воздушные зазоры на средней линии и конце магнитного полюса рассчитаны на минимальное значение δ min и максимальное значение δ max соответственно. Форма магнитного полюса явно выраженного генератора показана на рисунке 5.

    Рисунок 5

    Форма магнитного полюса явнополюсного ротора электрического возбуждения

    Форма волны плотности потока воздушного зазора очень похожа на синусоиду, когда соотношение: δ макс : δ мин =1.5:1. Если отношение слишком мало, форма волны плотности потока в воздушном зазоре будет иметь форму импульса. Если отношение слишком велико, поток рассеяния между соседними полюсными наконечниками будет увеличен. Если ширина корпуса полюса b m слишком мала, плотность магнитного потока легко достигает насыщения. Если b m слишком велик, места для обмотки электрического возбуждения будет слишком мало. b м определяется по следующей формуле: \upsigma_{\text{m}}}}{{K_{\text{m}} l_{\text{m}} B_{\text{m}} }},$$

    (5)

    где B g – пиковое значение синусоиды плотности магнитного потока воздушного зазора, τ – полярное расстояние, l – длина выступающего сердечника ротора, σ м – магнитная коэффициент утечки магнитного полюса, K м — коэффициент ламинирования перфорированного листа ротора, l м — осевая длина корпуса полюса ротора, B м — контроль с использованием значения полюса ротора плотность магнитного потока тела.

    В приведенной выше формуле числитель представляет собой магнитный поток каждого магнитного полюса ротора, а знаменатель представляет собой магнитный поток, который может пройти единица ширины тела полюса, соответствующая площади тела. Расчет ширины корпуса опоры B m составляет 12 мм.

    Высота корпуса полюса ротора ч м определяется суммарной площадью поперечного сечения обмотки электрического возбуждения. Если высота слишком мала, места для размещения обмотки электрического возбуждения будет недостаточно.В этой конструкции высота корпуса полюса ротора h m составляет 25 мм.

    Расчет обмотки электрического возбуждения

    Обмотка электрического возбуждения намотана на стальной сердечник ротора, а две соседние обмотки намотаны в противоположных направлениях. Количество витков обмотки одинаковое. Ротор электрического возбуждения, который имеет интервал между полюсами N и S, сформирован на двух соседних выступающих полюсных поверхностях.

    Расчеты витков обмотки электрического возбуждения и диаметра провода осуществляются следующим образом.

    Согласно второму закону Кирхгофа: \(\sum HL = NI\), а именно, \(\sum \frac{Bl}{{\mu_{r} \mu_{0} }} = NI,\), то можно вывести следующую формулу:

    $$\frac{{B_{ 0} }}{{\mu_{0} }} \times l_{0} + \frac{{B_{ 1} }}{{\mu_ {\text{r1}} \mu_{0}}} \times l_{1} + \frac{{B_{2}}}}{{\mu_{\text{r2}} \mu_{0}}} \ раз l_{ 2} = I \times N,$$

    (6)

    где B 0 — напряженность магнитной индукции в воздушном зазоре, B 1 — напряженность магнитной индукции в листе кремнистой стали, B 2 — напряженность магнитной индукции в сердечнике ротора, l 0 — длина магнитного пути воздушного зазора, l 1 — длина магнитного пути листа кремнистой стали, l 2 — длина магнитного пути сердечника ротора, μ 0 проницаемость вакуума, μ r1 — относительная проницаемость листа кремнистой стали, μ r — относительная проницаемость сердечника ротора, I — ток обмотки возбуждения, N — обмотка возбуждения повороты.{2} = \frac{I}{J},$$

    (7)

    где Дж — плотность тока провода обмотки электрического возбуждения.

    Результаты расчета d l равны 0,48 мм. В этом проекте d l присвоено значение 0,51 мм.

    Конструкция статора

    Статор гибридного генератора возбуждения имеет 3 фазы, 8 полюсов и 36 пазов, где каждый полюс ротора соответствует 4.5 зубьев статора. Эта дробно-пазовая обмотка позволяет не только уменьшить содержание высоких гармоник в магнитном поле воздушного зазора генератора и потери в стали статора, но и сделать статический магнитный момент всего ротора минимальным. Это значительно снижает пусковой момент сопротивления генератора. В качестве типа паза статора в этой конструкции выбран грушевидный паз. Тип паза статора и клеймо на статоре показаны на рис. 6.

    В данной конструкции применена трехфазная двухслойная фракционно-пазовая обмотка.Принципиальные схемы намотки встроенной линейной и дробно-пазовой обмотки показаны на рис. 7 и рис. 8 соответственно.

    Рисунок 7

    Встроенная линейная схема обмотки статора

    Рисунок 8

    Принципиальная схема обмотки с дробными пазами

    1. (1)

      Обороты обмотки якоря рассчитываются по:

      $$N_{s} = \frac{{E_{0} }}{{4.44fK_{w} \varphi_{0} }},$$

      (8)

      где E 0 — электродвижущая сила, индуцируемая без нагрузки, K w — коэффициент обмотки якоря, \(\varphi_{0}\) — эффективный магнитный поток через обмотки якоря в пустом состоянии нагрузка.{\prime}}},$$

      (9)

      где A Cu – площадь сечения провода, I N – номинальный фазный ток, a – количество параллельных ответвлений, в данной конструкции a  = 1. из A Cu 2,38 мм 2 . А именно, диаметр d проводника обмотки равен 1,74 мм. В этом проекте d присвоено значение 1.75 мм.

    Мощные полупроводниково-магнитные импульсные генераторы | Массачусетский технологический институт Press

    Резюме

    Описывая метод полупроводниковой схемы для генерации повторяющихся импульсов высокой мощности, эта работа представляет гибкую процедуру проектирования для адаптации метода к широкому диапазону конкретных приложений генератора импульсов. Внимание сосредоточено на базовой конфигурации схемы генератора импульсов, которая обеспечивает конкретную основу для представленного подробного анализа схемы, а также служит отправной точкой для изменений в конфигурации, которые могут быть лучше адаптированы к конкретным требованиям.Два переключающих элемента большой мощности (выпрямители с кремниевым управлением и катушки индуктивности с насыщающимся сердечником) описываются с точки зрения коммутационной способности мощности и энергии и коэффициентов коммутационных потерь — общих характеристик, которые особенно полезны для целей проектирования.

    Анализ цепей и переключающих элементов обеспечивает основу для итеративной процедуры проектирования схем, позволяющей повторно оценивать прогнозируемые характеристики схемы по мере разработки проекта.

    Эта монография удовлетворяет давнюю потребность в расширении и обновлении методов генераторов импульсов на вакуумных и газовых лампах, которые развивались во время и вскоре после Второй мировой войны.Твердотельная схема обещает меньший вес генератора импульсов и меньшие размеры, а также более высокий общий КПД, более длительный срок службы компонентов и повышенную надежность.

    Эта книга будет особенно интересна разработчикам и пользователям радарных импульсных замедлителей, а также тем, кто занимается проектированием ускорителей частиц и подобных повторяющихся мощных импульсных схем.

    Твердый переплет
    Из печати ISBN: 9780262030199 136 стр.|

    Авторов

    Годфри Т. Коут
    Лоуренс Р. Суэйн мл.

    Разработка и анализ магнитной цепи на двухрадиальном постоянном магните и явнополюсном электромагнитном гибридном генераторе возбуждения для транспортных средств

    Стр. 12 из 13

    Zhangetal. Подбородок. Дж. Мех. англ. (2019) 32:33

    Триггерная схема может управлять плечом H-моста для включения или выключения

    в соответствии с сигналом, излучаемым схемой сравнения

    .

    Схема управления H-мостом получает сигнал, предоставленный

    триггерной схемой, чтобы попеременно включать и выключать два плеча моста

    . Таким образом, он обеспечивает прямой или обратный ток возбуждения

    для обмотки электрического возбуждения.

    4.4 Эксплуатационные испытания

    В этой конструкции номинальное напряжение генератора гибридного возбуждения составляет

    28 В, номинальная мощность 5 кВт и номинальная скорость 4000 об/мин.

    Материал постоянного магнита – НТП-240Ш [26, 27], а

    его остаточная магнитная индукция Br равна 1.12-Т. Напряженность магнитного поля

    Hc составляет 804 кА/м, а максимальное энергетическое произведение (BH)max составляет 223 кДж/м3. В условиях нагрузки

    мощностью 1,9 кВт, 2,0 кВт и 2,1 кВт вновь разработанный гибридный генератор возбуждения

    испытывается от низких скоростей до

    высоких скоростей. Результаты представлены в Таблице 2.

    Как видно из таблицы 2, рабочие показатели

    достигли проектных требований при изменении частоты вращения генератора

    от 2000 об/мин до 4800 об/мин и мощности нагрузки

    от 1.от 9 кВт до 2,1 кВт. Выходное напряжение

    стабилизируется на уровне 27,2‒28,4 В.

    5 Выводы

    (1) Генератор гибридного возбуждения состоит из совмещенного ротора

    и статора с дробной щелевой обмоткой.

    Двойной радиальный постоянный магнит и явнополюсный

    электромагнитный с одной обмоткой якоря,

    генерируемое магнитное поле синтезируется в воздушном зазоре.

    На один полюс ротора приходится 4,5 зубца статора. Использование дробной пазовой обмотки

    может не только уменьшить

    содержание высоких гармоник в воздушном зазоре генератора,

    магнитное поле и потери в стали статора, но и сделать статический магнитный момент

    всего ротора минимальным.

    мама.

    (2) Метод эквивалентной магнитной цепи используется для расчета

    числовой модели эквивалентной магнитной цепи

    двойного радиального постоянного магнита и

    явнополюсного электромагнитного гибридного генератора возбуждения. Программное обеспечение для анализа методом конечных элементов используется для моделирования и анализа гибридного магнитного поля

    . Результаты численного расчета и моделирования

    в принципе идентичны, что доказывает рациональность предложенной расчетной схемы.

    (3) Разработан регулятор регулятора электромагнитной связи

    , который стабилизирует выходное напряжение

    в диапазоне от 27,2 В до 28,4 В путем управления величиной и направлением электромагнитной обмотки

    тока. . Он обладает превосходными характеристиками стабилизации напряжения.

    Вклад авторов

    XZ руководил всем испытанием; QD и JX написали рукопись; YZ

    и SM оказали помощь в отборе проб и проведении лабораторных анализов.Все авторы прочитали и

    одобрили окончательный вариант рукописи.

    Сведения об авторе

    1 Школа транспорта и машиностроения Шаньдунского университета

    Технологии, Цзыбо 255049, Китай. 2 Школа электронной и электрической инженерии,

    , Шаньдунский технологический университет, Цзыбо 255049, Китай.

    Информация об авторах

    Сюэйи Чжан, 1963 года рождения, в настоящее время является профессором Школы транспорта

    и машиностроения Шаньдунского технологического университета, Китай.Он получил

    свою докторскую степень в Шаньдунском университете науки и технологии,

    в 2011 году. Его исследовательские интересы включают электрические и контрольные технологии транспортных средств, системы вождения электромобилей и технологии управления. Он является национальным

    кандидатом в миллионы талантов и пользуется специальным пособием

    Государственного департамента. Он получил вторую награду за национальное техническое изобретение и

    шесть предметов вторых премий на провинциальном и министерском уровне.Он имеет 25

    авторизованных патентов. Им опубликовано 112 статей и опубликовано 5 монографий.

    В 2015 году он был назван ученым Тайшаня.

    Циньцзюнь Ду, 1967 года рождения, в настоящее время является профессором Школы электротехники и

    Электроники Шаньдунского технологического университета, Китай. Он получил

    степень доктора философии в Шаньдунском университете науки и технологии,

    в 2011 году. Его исследовательские интересы включают автоматические устройства и технологии управления энергосистемой, электрические и электронные технологии транспортных средств, управление роботами. технология.Он выиграл молодых специалистов с выдающимся вкладом

    в провинции Шаньдун. Он получил вторую награду за национальное техническое изобретение

    и три предмета вторых премий на провинциальном и министерском уровне

    . Он выпустил 43 статьи.

    Джинбин Сюй, 1992 года рождения, в настоящее время является кандидатом в мастера в Школе транспорта и машиностроения

    Шаньдунского технологического университета, Китай.

    Его исследовательские интересы включают автомобильные электрические и электронные технологии, электромобили

    .

    Юйчжэнь Чжао, 1991 года рождения, в настоящее время является кандидатом в мастера в Школе

    Транспорт и машиностроение Шаньдунского технологического университета,

    Китай. Ее исследовательские интересы включают автомобильные электрические и электронные технологии, электрические

    транспортных средств.

    Шилунь Ма, 1989 г.р., в настоящее время кандидат технических наук в Школе транспорта и машиностроения

    Шаньдунского технологического университета, Китай.

    Его исследовательские интересы включают автомобильные электрические и электронные технологии, электромобили

    .

    Конкурирующие интересы

    Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

    Финансирование

    При поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант №

    51507096) и Китайского фонда естественных наук провинции Шаньдун

    (грант № ZR2014JL035).

    Получено: 21 октября 2017 г. Принято: 20 февраля 2019 г.

    Ссылки

    [1] Xueyi Zhang, Liwei Shi, Yujuan Wang. Расчет и анализ стабилитронов

    генератора с постоянными магнитами Nd-Fe-B для удлинителя диапазона электромобилей

    .Международный журнал электрических и гибридных транспортных средств, 2011, 3(03):

    259-271.

    [2] Ци Чжан, Суронг Хуан, Сюаньмин Дин и др. Многодоменное моделирование

    гибридной машины возбуждения с изолированными магнитными дорожками. Журнал

    Машиностроение, 2010, 46(6): 8-15. (на китайском языке)

    [3] Xueyi Zhang, Qinjun Du, Shilun Ma, et al. Nd-Fe-B постоянный магнит

    Генератор и технология управления стабилизацией напряжения для транспортных средств.

    Успехи машиностроения, 2016, 8(9): 1-11.

    [4] Т. Косака, М. Б. Шридхарбабу, М. Ямамото и др. Проектные исследования гибридного двигателя возбуждения

    для привода главного шпинделя станков. IEEE Transactions-

    по промышленной электронике, 2010, 57(11): 3807-3813.

    Объяснение урока: Электромагнитная индукция в генераторах

    В этом объяснении мы научимся описывать электромагнитную индукцию в таких устройствах, как генераторы и динамо-машины.

    Электромагнитная индукция — это термин, обозначающий возникновение электрического тока в проводнике, когда проводник движется вблизи магнита.

    На следующем рисунке показан стержневой магнит в состоянии покоя рядом с катушкой проводящего провода.

    Показана только одна линия магнитного поля стержневого магнита. Силовые линии на самом деле излучаются от северного полюса магнита к южному полюсу симметрично во всех направлениях.

    В катушке не индуцируется ток, если ни магнит, ни катушка не двигаются.

    На следующем рисунке показан северный полюс стержневого магнита, механически перемещаемый либо к лицевой стороне катушки с проводящим проводом, либо от нее.

    Ток создается в катушке за счет электромагнитной индукции.

    Мы видим, что направление тока, производимого в катушке, зависит от того, движется ли магнит к катушке или от нее, но в любом случае возникает ток.

    Ток также возник бы, если бы магнит оставался в покое, а катушка перемещалась к магниту или от него.Этот ток имел бы такую ​​же величину, как если бы магнит двигался.

    Если магнит перемещается через проводящую катушку с одной стороны на другую, это означает, что магнит сначала перемещается к катушке, а затем удаляется от катушки. Таким образом, ток в катушке меняет направление, когда это происходит.

    Генератор представляет собой устройство, использующее электромагнитную индукцию для производства электрического тока.

    На следующем рисунке показаны основные компоненты генератора.

    На схемах генераторов обычно показаны только полюса используемого магнита.

    Катушка генератора должна быть подключена к цепи, как показано на следующем рисунке.

    Цепь может содержать любое электрическое устройство, которое мы хотим использовать в качестве генератора для производства тока.

    Чтобы генерировать ток, необходимо приложить силы для вращения катушки, как показано на следующем рисунке.

    Силы применяются для вращения катушки.

    Очень важно понимать следующие моменты, касающиеся сил, заставляющих катушку вращаться:

    • Силы, вызывающие вращение катушки, являются механическими, приложенными силами.
    • Силы, вызывающие вращение, не являются ни электрическими, ни магнитными силами.
    • Силы, вызывающие вращение, не зависят от наличия магнитного поля.
    • Вращение катушки под действием этих сил в основном такое же, как механическое вращение любого объекта вокруг оси и не является электромагнитным явлением.

    Когда катушка вращается, в катушке возникает ток за счет электромагнитной индукции. Цепь соединена с катушкой, поэтому в цепи также есть ток.

    Важно отметить, что схема не включена в схему, показывающую силы, вызывающие вращение катушки. Вращающуюся катушку можно подключить к цепи разными способами.

    Одним из таких методов является использование контактных колец. Это показано на следующем рисунке.

    Полезно рассмотреть сами кольца, показанные на следующем рисунке, более подробно.

    Видим, что концы катушки соприкасаются с кольцами.

    Кольца вращаются, и они вращаются с той же скоростью, что и катушка.

    Кольца соединены с концами контура щетками, которые трутся о вращающиеся кольца. Это соединяет катушку с цепью.

    Для катушки с постоянной скоростью вращения изменение тока во времени в такой цепи, соединенной с генератором контактными кольцами, показано на следующем рисунке.

    На графике показано изменение тока за один полный оборот катушки.

    Мы видим, что ток меняет направление при вращении катушки.В течение одной половины оборота ток проходит по цепи в одном направлении, а в течение другой половины оборота — в противоположном направлении. Это переменный ток.

    Другой способ подключения генератора к цепи — использование коммутатора. Это показано на следующем рисунке.

    Коммутатор подробно показан на следующем рисунке.

    Мы видим, что при вращении катушки вращаются и две половины коммутатора. Скорость вращения одинакова для катушки и коммутатора.

    Каждая из двух половин коммутатора соединяется со щеткой, которая соединяется с другим концом цепи.

    Когда коммутатор совершает половину одного полного оборота, меняется конец цепи, к которой подключается каждая половина коммутатора. Это означает, что конец катушки, к которому подключается каждая половина цепи, также меняется.

    Для катушки с постоянной скоростью вращения изменение тока во времени в такой цепи, подключенной к генератору через коммутатор, показано на следующем рисунке.

    На графике показано изменение тока за один полный оборот катушки.

    Мы видим, что направление тока одинаково на протяжении всего оборота, но величина тока меняется. Это выпрямленный переменный ток.

    На следующем рисунке показано, как изменение тока во времени для одного полного оборота катушки для соединения с помощью токосъемных колец сравнивается с изменением тока для соединения с помощью коммутатора.

    Давайте теперь рассмотрим пример, касающийся тока, производимого генераторами с контактными кольцами и коллекторными конструкциями.

    Пример 1: Общие сведения о генераторах

    На схеме показаны две конструкции простых генераторов. В первой конструкции используются контактные кольца для передачи индуцированного тока во внешнюю цепь. Во второй конструкции используется коммутатор для передачи индуцированного тока во внешнюю цепь.

    На приведенном ниже графике показана зависимость разности потенциалов от времени для четырех различных источников.

    1. Какая линия на графике соответствует разности потенциалов, создаваемой генератором конструкции коллектора?
    2. Какая линия на графике соответствует разности потенциалов, создаваемой генератором с контактными кольцами?

    Ответ

    Часть 1

    Разность потенциалов, создаваемая генератором, прямо пропорциональна току, производимому генератором.То, что можно сказать об изменении тока во времени для генератора, можно сказать и об изменении во времени разности потенциалов для генератора.

    Ток, производимый генератором, который использует коммутатор для подключения к цепи, всегда имеет одно направление. Это неверно для строки 𝑆, поэтому строку 𝑆 можно исключить.

    Ток, производимый генератором, который использует коммутатор для подключения к цепи, изменяется со временем. Это неверно для строки 𝑄, поэтому строку 𝑄 можно исключить.

    Ток, производимый генератором, который использует коммутатор для подключения к цепи, равен нулю в два момента времени в течение одного полного оборота катушки. Это неверно для строки 𝑃, поэтому строку 𝑃 можно исключить.

    Линия 𝑅 показывает ток, который всегда имеет одно и то же направление, изменяется со временем и имеет нулевое значение через равные промежутки времени. Строка 𝑅 — правильный вариант.

    Часть 2

    Разность потенциалов, создаваемая генератором, прямо пропорциональна току, производимому генератором.То, что можно сказать об изменении тока во времени для генератора, можно сказать и об изменении во времени разности потенциалов для генератора.

    Ток, вырабатываемый генератором, в котором для подключения к цепи используются токосъемные кольца, изменяется со временем. Это неверно для строки 𝑄, поэтому строку 𝑄 можно исключить.

    Ток, создаваемый генератором, в котором для подключения к цепи используются токосъемные кольца, меняет направление на противоположное при каждом обороте катушки. Это неверно для линий 𝑃 и 𝑅.

    Линия 𝑆 показывает ток, который всегда многократно меняет направление. Строка 𝑆 — правильный вариант.

    Ток, производимый генераторами, изменяется со временем и равен нулю в два момента времени полного оборота катушки. Важно понять, почему ток изменяется таким образом.

    Ток, создаваемый электромагнитной индукцией в движущемся проводе, пропорционален силе, действующей на провод перпендикулярно магнитному полю, через которое движется провод.

    На следующем рисунке показано направление тока из-за электромагнитной индукции в катушке генератора с катушкой в ​​двух положениях.

    Мы видим, что когда сила перпендикулярна магнитному полю генератора, возникает ток, перпендикулярный как движению провода, так и магнитному полю.

    Мы видим, что когда сила параллельна магнитному полю генератора, силы, перпендикулярной магнитному полю, нет, и ток не возникает.

    Теперь рассмотрим пример, касающийся тока, производимого генератором с контактными кольцами при различных положениях вращения катушки генератора.

    Пример 2. Знакомство с генераторами с контактными кольцами

    Части (a), (b), (c) и (d) схемы (A) показывают установку простого генератора переменного тока. Одиночный виток медной проволоки вращается в однородном магнитном поле, создаваемом двумя постоянными магнитами. Четыре части диаграммы показывают петлю в четырех разных положениях при ее вращении.

    Диаграмма (B) представляет собой график зависимости тока, выдаваемого этим генератором, от времени.

    1. Какому положению петли на диаграмме (A) соответствует точка 𝑃 на диаграмме (B)?
    2. Какому положению петли на диаграмме (A) соответствует точка 𝑅 на диаграмме (B)?

    Ответ

    Часть 1

    Точка 𝑃 — это точка, в которой величина тока в петле максимальна.

    Положение (с) петли соответствует нулевому току, так как сила, действующая на петлю, параллельна магнитному полю генератора. Позиция (с) может быть исключена.

    Когда силовая петля параллельна магнитному полю, производимый ток равен нулю. Когда петля перпендикулярна магнитному полю, возникает ток с наибольшей величиной. Это положение (а).

    Часть 2

    Точка 𝑅 — это точка, в которой ток в контуре равен нулю.Ток в петле равен нулю, когда сила, действующая на петлю, параллельна магнитному полю. Это положение (с).

    Катушка, используемая в генераторе, может иметь один или несколько витков, как показано на следующем рисунке.

    Хотя витки катушки могут выглядеть как отдельные замкнутые петли провода, на самом деле витки представляют собой единый отрезок провода. Концы катушки — это концы одного провода. Это означает, что есть только один путь для тока через катушку. Это означает, что витки катушки можно считать соединенными последовательно.

    Когда катушка генератора вращается, в каждом витке катушки создается одинаковая разность потенциалов. Разности потенциалов в каждой катушке объединяются последовательно, как это было бы с ЭДС группы батарей, соединенных последовательно.

    Давайте теперь рассмотрим пример, касающийся количества витков в катушке генератора.

    Пример 3: Общие сведения о генераторах с контактными кольцами

    На схеме показаны две конструкции генераторов. В обеих конструкциях используются фиксированные постоянные магниты для создания магнитного поля и токосъемные кольца для передачи индуцированного тока во внешнюю цепь.Конструкция (а) имеет одну петлю провода в магнитном поле, тогда как конструкция (б) имеет 5 петель. В чем преимущество схемы (б) над схемой (а)?

    1. Конструкция (b) обеспечивает более высокое выходное напряжение, чем конструкция (a).
    2. Конструкция (b) обеспечивает выходное напряжение с более высокой частотой, чем конструкция (a).
    3. Конструкция (b) обеспечивает более низкое выходное напряжение, чем конструкция (a).
    4. Конструкция (b) обеспечивает выходное напряжение с более низкой частотой, чем конструкция (a).
    5. Дизайн (b) дешевле в производстве, чем дизайн (a).

    Ответ

    Единственная разница между конструкциями заключается в количестве витков в катушке генератора (это также называется числом витков в катушке).

    В конструкции (b) используется больше витков. Это не может быть дешевле, чем использование меньшего количества витков, поэтому вариант E неверен.

    Частота на выходе зависит только от частоты вращения катушки. Тогда вариант Б и вариант Г неверны.

    Каждый виток катушки генератора имеет одинаковую разность потенциалов на нем, а витки катушки соединены последовательно, так как через катушку проходит только один путь для тока.

    Потенциальные разности, объединенные в серии, суммируются. Тогда большее количество витков должно соответствовать большей разности потенциалов.

    В схеме (b) используется больше витков, поэтому она должна обеспечивать большее выходное напряжение. Вариант А утверждает это и является правильным вариантом.

    Другая проблема, связанная с конструкцией генератора, заключается в том, что щетки, используемые в генераторах, изнашиваются из-за трения, когда они царапают движущиеся поверхности контактных колец или коллекторов. Существуют генераторы, в которых нет необходимости в щетках за счет вращения магнита генератора, как показано на следующем рисунке.

    Магниты установлены на вращающемся диске. Катушка не крутится, поэтому не требует щеточных контактов с внешней цепью. Недостатком этой конструкции является то, что магнит в генераторе имеет гораздо большую массу, чем катушка генератора, поэтому для вращения магнитов требуется большее усилие.

    Давайте теперь обобщим то, что было изучено в этом объяснителе.

    Ключевые моменты

    • Генератор использует электромагнитную индукцию для создания тока в проводящей катушке.
    • Катушка генератора вращается в магнитном поле.
    • Генератор может быть подключен к цепи с помощью контактных колец для выработки переменного тока.
    • Генератор может быть подключен к цепи с помощью коммутатора для получения выпрямленного переменного тока.
    • Ток в катушке генератора наибольший, когда сила, действующая на катушку, перпендикулярна магнитному полю генератора.
    • Ток в катушке генератора равен нулю, когда сила, действующая на катушку, параллельна магнитному полю генератора.
    • Чем больше витков в катушке генератора, тем больше ток, вырабатываемый в катушке.
    • Щетки в контактах генератора со временем изнашиваются.

    ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ И МАТЕРИАЛ ОСНОВНЫЕ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ

    Магнитная цепь генератора переменного тока, как и других электрических машин, состоит из воздушного зазора, зубьев статора и опоры, полюсов ротора и секции вала. Каждый из этих элементов влияет на рейтинг и работу машины.Функция магнитной цепи заключается в переносе потока, который связывает проводники якоря для создания напряжения.

    Воздушный зазор.
    Воздушный зазор представляет собой разделение между вращающейся частью машины — ротором, несущей обмотку возбуждения, и неподвижной частью машины — статором, несущей обмотку якоря. В генераторах переменного тока размер воздушного зазора определяется электрическими характеристиками машины.

    Существует компромисс между МДС возбуждения (в сторону малого размера воздушного зазора) и реактивным потоком якоря (в сторону большого размера воздушного зазора).Этот компромисс обычно приводит к воздушному зазору, который значительно больше, чем диктуют механические соображения, такие как допуски на механическую обработку или потери на ветер.

    Зубья статора и задняя часть.
    Магнитопровод якоря несет переменный поток и всегда ламинирован, либо с полными кольцевыми пластинами (для небольших машин), либо с перекрывающимися сегментными пластинами. Наиболее часто используемым материалом является листовая сталь из сплава, содержащего около 3,5 % кремния, в листах толщиной от примерно 0.35 и 0,65 мм.

    Зернистая сталь с уменьшенными потерями и улучшенной проницаемостью в направлении прокатки часто используется в крупных турбогенераторах. Ориентация в окружном направлении предпочтительна в таких машинах из-за большой доли стали и умеренной плотности потока в заднике.

    При высоких плотностях потока, характерных для зубьев якоря, преимущество ориентации зерен становится менее выраженным.

    Активная область якоря представляет собой чередование зубьев статора и пазов, несущих обмотку якоря.Разделение между зубьями и пазами является компромиссом между пропускной способностью потока и пропускной способностью тока.

    Компромисс обычно приводит к разделению примерно на половину прорезей и половину зубьев. Плотность потока в зубцах статора обычно достаточно высока, чтобы привести к умеренному насыщению магнитного материала.

    Ротор Железный.
    Магнитный поток в роторе является почти постоянным, изменяясь в основном лишь незначительно при изменении нагрузки и напряжения на клеммах, а также с небольшими высокочастотными составляющими из-за временных и пространственных гармоник магнитного потока якоря.

    Это позволяет изготавливать магнитную цепь ротора из твердой стали. В турбогенераторах ротор обычно изготавливается из цельной поковки из стали с прорезями для обмотки возбуждения, прорезанными механической обработкой.

    Потери, вызванные гармоническими вихревыми токами в сплошных стальных полюсных поверхностях, могут быть проблематичными, и их можно уменьшить, увеличив воздушный зазор, увеличив количество пазов статора и выбрав подходящий (с коротким шагом) ход катушки для арматуры.

    Машины с явно выраженными полюсами могут иметь сплошные или ламинированные полюса.Во многих случаях ламинированные полюса необходимы для контроля потерь на вихревые токи. Полюсные пластины обычно изготавливаются из низкоуглеродистой стали толщиной от 1,5 до 2 мм.

    Более тонкая сталь, иногда с содержанием кремния, может использоваться там, где требуется дополнительный контроль потерь на вихревые токи. Вал или внутренняя часть ротора явнополюсных машин часто представляет собой цельную поковку, а в больших машинах, таких как гидрогенераторы, может быть изготовлена ​​из деталей из конструкционной стали.

    Магнитные материалы.
    Типичные характеристики намагничивания стальных материалов, используемых в магнитной цепи генераторов переменного тока, показаны на рис. 7-14.

    Рис. 7-14 Кривые намагничивания часто используемых сталей.

    Освобождены ли генераторы? | Журнал подрядчика по электротехнике

    Целью защиты от замыканий на землю временных электроустановок при строительстве, реконструкции, техническом обслуживании, ремонте или сносе зданий, сооружений или оборудования является обеспечение защиты персонала. Раздел 590.6 требует защиты прерывателя цепи замыкания на землю (GFCI) для любого временного источника питания, питающего электрооборудование на рабочей площадке. Однако в течение последних нескольких циклов Национального электротехнического кодекса (NEC) поднимались вопросы о том, требуется ли защита GFCI для всех источников энергии на рабочей площадке или только для электроэнергии, поставляемой коммунальными службами. Требуют ли генераторы, используемые на рабочих площадках, защиты GFCI для цепей, используемых персоналом, или генераторы освобождены от этого требования?

    Защита GFCI 15- и 20-амперных, 120-вольтовых розеток, не являющихся частью постоянной электропроводки здания, была включена в Раздел 210-8 (b) NEC 1975 года.Исключением были освобождены от этого требования двухпроводные генераторы мощностью 5 киловатт (кВт) и меньшего размера. В NEC 1984 г. требования защиты GFCI для строительных площадок были перенесены в статью 305, касающуюся временной электропроводки. В NEC 1999 года была добавлена ​​​​защита GFCI для розеток на 30 ампер и 120 вольт.

    В NEC 1999 г., Раздел 305.6, Исключение № 1 гласил: «Розетки двухпроводного однофазного переносного или автомобильного генератора мощностью не более 5 кВт, где проводники цепи генератора изолированы от корпус генератора и все другие заземленные поверхности должны быть без защиты персонала от замыканий на землю.Это было удалено в NEC 2002 года, чтобы гарантировать, что все 15-, 20- и 30-амперные, 120-вольтовые розетки на генераторе любого размера должны быть защищены GFCI. Оставались вопросы о том, следует ли применять защиту GFCI на розетках генератора.

    Предложение было добавлено к 590.6 в NEC 2008 года о том, что защита GFCI для временных розеток питания требуется для энергии, получаемой от электроэнергетической компании или от местных источников энергии. Были еще вопросы.

    Для NEC 2011 года Предложение 3-140 было в принципе принято Группой по разработке кодов 3, которая должна окончательно ответить на все вопросы по этому вопросу следующим образом: «590.6 Защита от замыканий на землю для персонала. Защита персонала от замыканий на землю для всех временных электроустановок должна быть обеспечена в соответствии с 590.6(A) и (B). Этот раздел должен применяться только к временным электроустановкам, используемым для подачи временного питания к оборудованию, используемому персоналом во время строительства, реконструкции, технического обслуживания, ремонта или сноса зданий, сооружений, оборудования или аналогичных работ. Этот раздел применяется к электроэнергии, получаемой от электроэнергетической компании или от источника электроэнергии, вырабатываемого на месте.

    «А. Розетки. Установки временных розеток, используемые для подачи временного питания на оборудование, используемое персоналом во время строительства, реконструкции, технического обслуживания, ремонта или сноса зданий, сооружений, оборудования или аналогичных работ, должны соответствовать требованиям 590.6(A)(1) через 590.6(A)(3), если применимо».

    «Исключение: Только на промышленных предприятиях, где условия технического обслуживания и надзора обеспечивают участие только квалифицированного персонала, должна применяться программа гарантированного заземления оборудования, как указано в 590.6(B)(2) должно быть разрешено только для тех розеток, используемых для питания оборудования, которое может создать большую опасность в случае прерывания питания или иметь конструкцию, несовместимую с защитой GFCI.

    «1. Розетки не являются частью постоянной проводки. Все розетки на 125 вольт, однофазные, 15, 20 и 30 ампер, не входящие в состав постоянной электропроводки здания или сооружения и используемые персоналом, должны иметь прерыватель цепи замыкания на землю. защита персонала.

    «2. Существующие розетки или установленные в качестве постоянной проводки. Защита от замыкания на землю для персонала должна быть обеспечена для всех розеток на 125 В, однофазных, 15, 20 и 30 ампер. постоянная электропроводка здания или сооружения и используется для временного электроснабжения. Должны быть разрешены перечисленные комплекты шнуров или устройства, включающие в себя перечисленные устройства защиты от замыканий на землю для персонала, предназначенные для переносного использования.

    «3. Розетки на портативных генераторах мощностью 15 кВт или менее. Все розетки на 125 и 125/250 вольт, однофазные, 15, 20 и 30 ампер, которые являются частью переносного генератора мощностью 15 кВт или меньше, должны иметь в списке прерыватель цепи замыкания на землю. защита персонала. Перечисленные наборы шнуров или устройства, включающие в себя перечисленные устройства защиты от замыканий на землю для персонала, предназначенного для переносного использования, должны быть разрешены для использования с переносными генераторами мощностью 15 кВт или менее, изготовленными или восстановленными до 1 января 2011 года.

    Текст, добавленный к пункту (3) для процесса NEC 2011 г., поясняет, что все розетки на 125 В и 125/250 В, однофазные, 15, 20 и 30 ампер, входящие в состав портативного генератора мощностью 15 кВт или меньше должен иметь защиту GFCI. Любые портативные генераторы мощностью 15 кВт или меньше, изготовленные или модернизированные до 1 января 2011 г., могут использовать перечисленные наборы шнуров или устройства, включающие указанную в списке защиту от замыканий на землю для персонала для переносного использования.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.