Электромеханическое преобразование исходной (первичной) энергии в электрическую. Принцип действия и основные конструкции вентильных двигателей постоянного тока

Страницы работы

Содержание работы

Среди всех способов преобразования исходной (первичной) энергии в электрическую электромеханическое преобразование реализуется с наибольшей эффективностью, при этом электроэнергия постоянного и переменного тока может быть получена  в достаточно большом диапазоне мощностей и напряжений. Это обстоятельство предопределило широкое применение электромеханических генера­торов (в дальнейшем просто генераторов) в качестве бортовых источников электроэнергии на ЛА раз­личного назначения. Именно эти генераторы явля­ются основными (магистральными) и резервными источниками электроэнергии в энергетических установках самолетов и вертолетов любой размер­ности и назначения. Они применяются на большин­стве ДПЛА и на некоторых типах ракет.

 Генераторы переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов

В настоящее время в авиационной электротехнике разработка и внедрение на ЛА генераторов с возбу­ждением от постоянных магнитов рассматриваются в качестве одного из перспективных направлений развития автономных источников питания. Эти гене­раторы отличают надежное возбуждение и отсут­ствие специального источника питания для цепи возбуждения, высокая эксплуатационная надеж­ность в работе и простота технического обслужи­вания, высокий (до 0,9—0,95) КПД, малая инерци­онность при переходных процессах, возможность работы при достаточно высоких температурах и частотах вращения.

По сравнению с генераторами с электромагнитным возбуждением конструкции индукторов МЭГ отличаются большим разнообразием и зависят не только от назначения и мощности генератора, но и от магнитных и технологических свойств маг­нитов. В маломощных генераторах, используемых в электромашинных преобразователях и подвозбудителях синхронных генераторов, широкое распро­странение получили роторы с изотропными постоянными магнитами типа «звездочка» без полюсных (рис. 1, а) и с полюсными (рис. 1, б) башмаками.

Для повышения монолитности конструкции защиты магнитов от ударных токов короткого замыкания крепление магнита-«звездочки» на валу, выполняется путем заливки междуполюсного пространства алюминиевым или цинковым сплавом. Наличие полюсных башмаков с возможностью размещения в них демпферной клетки способствует улучшению формы  кривой ЭДС и  повышению устойчивости магнитов к размагничивающему действию реакции якоря. В конструкции, показанной на (рис.1, в) полюсные башмаки формируются с помощью обоймы, выполненной в виде цилиндрического кольца, с участками из магнитомягкого материала (полюсы) из немагнитной стали (междуполюсные участки). Такой сварной цилиндр напрессовывается на полюсы магнита с натягом, что обеспечивает высокую механическую прочность индуктора.

Появление анизотропных материалов с направленной кристаллизацией, обладающих высокой удельной магнитной энергией, позволило выпол­нить звездообразный индуктор с целым (рис. 1, а) или половинным (рис. 1, г) числом призматиче­ских постоянных магнитов, намагниченных в ради­альном направлении.

Кроме описанных выше конструкций в маломощных источниках питания широкое распространение получили индукторы с магнитной системой когтеобразного типа (рис 1, д) При такой форме ротора магнит представляет собой сплошной или полый цилиндр, намагниченный в аксиальном направлении. Магнит расположен между двумя шайбами, снабженными полюсными выступами – когтями. В подобной конструкции все полюсы одной шайбы оказываются северными, а полюсы другой – южными.

Несмотря на естественную бесконтактность, область применения генераторов с ПМ до последнего времени была ограничена. Подобная ситуация обусловлена следующими причинами:

1. Из-за невысоких магнитных характеристик материалов ПМ магнитоэлектрические генераторы по удельным показателям могли конкурировать с классическими синхронными генераторами лишь в области небольших мощностей,

2.   В генераторах с побуждением от ПМ затруд­нено регулирование  напряжения. Известные спосо­бы стабилизации напряжения этих генераторов свя­заны с ухудшением использования электрической машины  и  не  обеспечивают  большой   кратности изменения потока. Генераторы с электромагнитным возбуждением    от    этого    недостатка    свободны, поскольку   поток   индуктора   легко   и   достаточно в широких пределах управляется изменением тока в обмотке возбуждения.

3.   Характеристики магнитоэлектрических машин зависят от разброса параметров материалов ПМ, которые, в свою очередь, достаточно чувствительны к температуре и ее изменениям. Это обстоятельство затрудняет эксплуатацию генераторов при высоких температурах.

Опыт проектирования генераторов с редкозе­мельными магнитами показывает, что в традици­онных конструкциях этих электромеханических преобразователей реализовать все преимущества новых магнитотвёрдых материалов путем простой замены старых магнитов на новые не удается: потребовалось коренное изменение конструкций и схем управления МЭГ. Так, в конструкции индук­тора, показанной на (рис. 1, е) в отличие от низкокоэрцетивных сплавов Alnico дугообразные редко­земельные магниты имеют меньшее отношение длины в направлении намагничивания к площади поперечного сечения и фиксируются в собранном состоянии с помощью немагнитного цилиндриче­ского кольца. Недостатки подобной конструкции — недоиспользование объема ротора и магнитной энергии ПМ могут быть снижены при использова­нии индуктора коллекторного типа. В таком индук­торе полюсы выполняются в виде стальных сегмен­тов, между которыми расположены намагниченные в тангенциальном направлении редкоземельные маг­ниты. В целях повышения жесткости конструкции фиксация магнитов может обеспечиваться специ­альными немагнитными клиньями или кольцом с чередующимися магнитопроводящими и немаг­нитными участками (рис. 1, ж).

В индукторах коллекторного типа значение магнитного потока в воздушном  зазоре практически удваивается по сравнению с индуктором с радиально намагниченными магнитами. Рабочий поток можно еще больше усилить, если сформировать индуктор в виде магнитной системы, показан­ной на (рис. 2).

Рисунок  - 2. Магнитная система индуктора с концентратором магнитного потока и развёртка наружной поверхности его ротора:

1, 4, 5 – постоянные магниты; 2 – полюсный наконечник; 3, 6, 7 – магнитопроводы

В такой системе каждый полюс формируется магнитомягким полюсным наконечником (концентратором магнитного потока) и постоянными магнитами, прилегаю­щими к этому наконечнику поверхностями с одноименной намагниченностью.

Похожие материалы

Информация о работе