Электромеханическое преобразование исходной (первичной) энергии в электрическую. Принцип действия и основные конструкции вентильных двигателей постоянного тока, страница 2

Одно из интересных направлении по совершенствованию практического применения магни­тоэлектрических генераторов связано с отказом от выполнения генератора в виде самостоятельного, конструктивного агрегата и его поэлементным   сосредоточением   внутри авиадвигателя. Несмотря на то, что встраиваемый генератор из-за размещения его ротора на валу авиадвигателя (рис. 3) имеет по сравнению с обычным большие габаритные размеры и массу, ожидается, что общая масса узла генерирования не возрастет вследствие исключения коробки вспомогательных   агрегатов, специальных подшипников, уплотнений, боковых щитов, отдельного корпуса и т.п. Предполагается, что неполной использование встроенных генераторов обеспечит увеличение КПД  на 9—11 %  при существенном (до 10 раз) повышении наработки на отказ.

.

Рис. 3. Эскиз встроенного в авиадвигатель стартёр-генератора:

1 – датчик положения; 2 – статор, 3 – ротор с постоянными магнитами, 4 – механический расцепитель, 5 – силовой кабель.

Генераторы переменного тока с безобмоточным ротором.

Простейшая конструкция подобного электромеханического преобразователя – однопакетного индукторного генератора показана на рис. 4.

Принцип действия индукторных машин основан на периодическом изменении магнитной проводимости рабочего зазора при вращении ротора, пакет которого набран из листов электротехнической стали и выполнен в виде звездочки. Источником магнитого потока является МДС неподвижной обмотки возбуждения, которая питается постоянным током, или МДС постоянных магнитов. При вращении ротора за счет изменения проводимости воздуш­ного зазора G_δ поток в каждом зубце статора будет изменяться от Ф_max, когда оси зубцов статора и рото­ра совпадают, до Ф_min, когда ось зубца статора совпа­дает с осью впадины ротора, т.е. оси зубцов сдвину­ты на электрический угол 2π (рис. 5).

Вследствие этого, поток в зазоре машины будет иметь посто­янную Ф_о = 0,5(Ф_max+ Ф_min) и переменную с ампли­тудой Ф = 0,5(Ф_max - Ф_min) составляющие. Постоян­ная составляющая не индуцирует ЭДС в обмотках якоря, а лишь дополнительно загружает магнитопровод и требует увеличения его объема и массы по сравнению с обычными синхронными машинами.

Это является основным недостатком индукторных машин, так как при одинаковой загрузке магнитопровода (Ф_max) использование потока в самом луч­шем случае (при Ф_min = 0) не превышает 0,5. Как правило, Ф_min/Ф_max= 0,2+0,4 и коэффициент использования потока составляет

К_ис = 0,5 (1 -Ф_min/Ф_max )=0,3 + 0,4.

К достоинствам индукторного генератора отно­сят простоту и надежность конструкции, техноло­гичность, хорошую регулируемость, возможность работы в агрессивных средах и при повышенных частотах вращения. Недостатки генератора связаны со следующими основными факторами.

1. Относительно низкая степень использования активных материалов, так как магнитный поток изменяется только по значению. Из-за этого при прочих равных условиях масса индукторного гене­ратора оказывается больше массы классического синхронного генератора на 40—60 %.

2. Высокий коэффициент искажения кривой  намагничивания, достигающий 20%(у синхронных генераторов он не превышает 10 %).

3. Сравнительно большое изменение напряже­ния при изменении нагрузки. Перечисленные недостатки с применением дру­гих конструкций (двухпакетной или разноименнополюсной) снижаются незначительно. На самолетах подобные генераторы использовались лишь в маломощных электромашинных преобразователях серии МА.

Примером практического применения в авиацион­ных СЭС генераторов с неподвижными обмотками якоря и возбуждения являются электромеханиче­ские преобразователи с внутризамкнутым магнитопроводом типа «сексин».

Генераторы с внутризамкнутым магнитопроводом типа сексин могут иметь либо одностороннюю, либо двустороннюю систему возбуждения. Эскиз конструкции «сексина» с односторонней системой возбуждения показан на рис.6. На статоре электромеханического преобразователя в пазах шихтованного цилиндрического сердечника 2 разме­щаются обмотка якоря 1, кольцевая обмотка возбу­ждения 5 и охватывающая ее скоба 6 из магнитомягкой стали. Корпус 3 выполнен из легкого немагнитного материала.

Ротор генератора имеет шесть полюсов. Три полюса северной полярности 8 объединены ступицей 7, напрессованной на вал. Полюсы южной полярности  представляют  собой  систему в виде полого цилиндра 4 с тремя полюсными наконечниками 9. Цилиндр закреплен на ступице (втулке 7) с помощью диамагнитных ребер.

Внешние стороны выступов 8 и 9 через рабочий зазор δ примыкают к якорю, а скоба б отделена дополнительными конструктивными  зазорами  и ,  от втулки 7 и цилиндра 4. Расстояние между выступами 8 и 9 много больше зазоров , , и . Втулка 7, выступы 8 и 9, цилиндр 4 изготовлены из магнитомягкой стали, а пространство между ними залито прочным  немагнитным сплавом 10. Вал машины может выполняться из магнитной служить магнитопроводом. Магнитный, поток , созданный    обмоткой    возбуждения, замыкается по пути с наибольшей магнитной проводимостью - скоба 6 — зазор , — втулка 7 — выступы 8 — зазор — якорь 2 — зазор  — выступы 9__цилиндр4 — зазор  — скоба б.

Таким образом, выступы 5 и 9 по отношению к якорю имеют противоположную полярность, что и требуется для синхронной машины. При вращении ротора обмотка статора поочередно пересекается магнитным потоком северных и южных полюсов, при этом в ней индуцируется ЭДС.

На рис. 7 показана конструкция генератора «сексин» с двусторонней системой возбуждения. В отличие от предыдущей конструкции, ротор рас­сматриваемого генератора представляет собой цилиндр 4 из магнитомягкой стали, в центральной части которого имеются прорези (окна) в форме шестиугольника, куда вставляются выступы 7 такой же  формы.

Из-за большого рассеяния внеш­ние характеристики генераторов типа «сексин» полу­чаются крутопадающими, а их относительная масса оказывается на 15—30 % больше относительной мас­сы классических синхронных генераторов той же мощности. Достоинствами «сексинов» являются надежность, способность выдерживать высокие температуры нагрева, возможность использования с высо­коскоростным приводом и др.