Магнитоэлектрический бесконтактный генератор с импульсным регулятором напряжения

Особое значение имеет разработка БЭМ для автономных электроэнергетических установок, где перечисленные недостатки щеточного контакта проявляются особенно резко. Поэтому создание высокоэффективных БЭМ- одна из наиболее актуальных задач, выдвигаемых перед специалистами в области энергетики летательных аппаратов, судовых и транспортных установок.

Бесщеточные генераторные установки целесообразн

о применять на автотранспортных средствах имеющих большой ресурс работы (до 300 тыс.км и более) или большой интервал между ТО при тяжелых условиях эксплуатации (например сельхозмашин).

Рассмотрим основные разновидности БЭМ /1/.

На рисунке 1. показана классификация энергетических БЭМ. По принципу действия большинство БЭМ переменного тока, как и обычные электрические машины, делятся на синхронные и асинхронные (индукционные). Те и другие основаны на использовании явления электромагнитной индукции.

Рис. 1. Классификация БЭМ.

1.2 Отечественные и зарубежные бесконтактные автотракторные генераторы

1.2.1 Бесконтактные магнитоэлектрические генераторы

БЭМ с постоянными магнитами (ПМ),- первый тип электромеханического преобразователя энергии, созданного человеком. Еще в 1831 г. М.Фарадей демонстрировал это устройство /1/.

В автономных системах электроснабжения мотоциклов и тракторов все чаще применяются генераторы с постоянными магнитами или магнитоэлектрические генераторы. Где магнитодвижущая сила необходимая для проведения магнитного потока в рабочем воздушном зазоре, создается постоянными магнитами.

В связи с появлением магнитных материалов с высокими удельными энергиями. Начиная с 70-х годов, началось промышленное освоение высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных материалов - интерметаллических соединений самария с кобальтом Sm Co 5,самария с прозеодимом и кобальтом Sm0.5 Pr 0.5 Co 5 и др.

Магниты из редкоземельных материалов обеспечивают генераторам более высокие массогабаритные показатели, чем у генераторов с электромагнитным возбуждением. У магнитоэлектрического генератора выше КПД, он меньше нагревается при работе. Можно при той же мощности, что и у обычного генератора, уменьшить массу генератора и габариты.

Статор бесконтактных синхронных машин с постоянными магнитами имеет шихтованный цилиндрический магнитопровод 1, на внутренней поверхности которого размещается якорная обмотка 2 (рис. 2, а). Если в машине используются обычные постоянные магниты, то внутренняя поверхность сердечника статора содержит пазы, чередующиеся с зубцами (рис. 2, б).

Если в машине используют высококоэрцитивные магниты на базе РЗМ (типа 5mCo5), то внутренняя поверхность сердечника статора может выполняться как с пазами, так и без них (гладкой); в последнем случаев обмотку якоря укладывают на внутреннюю поверхность статорам сплошным слоем (рис. 2. в).

Основная специфика синхронных машин с ИМ связана с конструкцией ротора, несущего постоянные магниты. Рассмотрим наиболее распространенные конструкции роторов.

Звездообразный ротор. Типичная конструкция звездообразного ротора (рис. 3) содержит литой постоянный магнит в форме звездочки, который крепится на валу с помощью заливки немагнитным сплавом 2 (на основе цинка или алюминия). Магнит может непосредственно отливаться на валу. Достоинства ротора - простота и высокая степень заполнения его объема магнитом.

Когтеобразный ротор. Когтеобразный ротор (рис. 4) состоит из цилиндрического постоянного магнита 1, к торцам которого примыкают шайбы 2 и 4 из магнитомягкой стали, имеющие когтеобразные выступы 3 и 5. На рис. 4 показаны линии магнитной индукции для рабочего потока Фа и потока рассеяния Ф,; поток Фд тем больше, чем меньше азимутальный зазор между выступами.

Недостатки таких машин связаны с трудностью поддержания постоянства выходного напряжения генератора. У магнитоэлектрического генератора нет обмотки возбуждения.Применялись различные пути регулирования выходного напряжения генератора.

Например, на тракторах применялся магнитоэлектрический генератор ГТ-1А /2/,/3/ с механическим (центробежным) регулятором напряжения. Он, естественно, мог поддерживать напряжение генератора постоянным только при изменении частоты вращения ротора и не мог реагировать на изменение тока нагрузки. Поэтому от этого способа регулирования вскоре отказались.

На мотоциклетных магнитоэлектрических генераторах попытались применить параметрическое регулирование напряжения, которое обеспечивалось за счет такого выбора параметров генератора, при которых влияние внешних факторов на выходное напряжение минимально.Однако от этого способа пришлось отказаться - опять-таки из-за низкой точности регулирования. Третий способ регулирования /3/ -путем периодического закорачивания выходных выводов генератора. Он обеспечивает требуемую точность поддержания напряжения, но крайне неэкономичен вследствие больших потерь, связанных с протеканием по генератору токов короткого замыкания. В последнее время специалисты склоняются к одному из новых способов регулирования - с помощью управляемого выпрямителя, что будет рассмотрено в п 1.3.1.

На тракторах применяется бесконтактный генератор типа 13.3701 /4/. Применение постоянных магнитов марки 2БА или 1БИ в пазах пакета ротора( или когда применение магнитов невозможно, то выполняют участок магнитопровода ротора из стали 45) позволяет улучшить самовозбуждение генератора и отказаться от применения аккумуляторной батареи (возбуждение было комбинированным). Самовозбуждение без АБ генератора, работающего в комплекте с ИРН Я112Б должно происходить при частоте вращения не более 3200 мин .В таблице № 1. приведены данные скоростей самовозбуждения генератора 13.3701 без АБ с 70 образцами ИРН Я112Б.

Таблица № 1.

1.2.2 Бесконтактные электрические машины с обмоткой возбуждения

Несмотря на достоинства БЭМ с постоянными магнитами их применение носит ограниченный характер из-за плохих регулировочных свойств.В системах, где требуется плавное и глубокое регулирование показателей и высокий уровень их стабилизации, широко используются БЭМ с обмоткой возбуждения (с эл.магнитным индуктором).

Бесконтактные электрические машины обмоткой возбуждения (ОВ) отличаются большим многообразием конструкции.

Начало БЭМ с ОВ было положено П.И. Яблочковым, который в 1877 году предложил первый бесконтактный генератор с ОВ /1/. Затем появились разновидности индукторных генераторов, первой среди которых был генератор А.К.Клименко(1882г).

 Скачать реферат