Самую простую по конструкции и надежную в эксплуатации категорию бесконтактных электрических машин в сочетании с высокоскоростными приводами составляют индукторные генераторы. В ряде случаев эти генераторы могут оказаться единственным видом электромеханического преобразователя, способным обеспечить в экстремально тяжелых условиях эксплуатации требуемую мощность при заданной частоте вращения. Класический пример типового униполярного источника питания, используемого на БЛА, — одноименно-полюсная, выполненная по двухпакетной конструкции индукторная машина (рис. 15).
Рис. 15. Эскиз конструкции одноименнополюсного двухпакетного
индукторного генератора трехфазного исполнения:
1-вал; 2-зубчатые пакеты ротора; 3-пакеты статора;
4-катушка обмотки возбуждения; 5-выходная обмотка
В рассматриваемом генераторе активные зоны с обмоткой якоря и зубчатым ротором размещены по обеим сторонам от катушки обмотки возбуждения, создающей в активной зоне униполярный магнитный поток. Этот поток достигает, как и в однопакетном генераторе (см. рис. 4), максимального значения в области минимального зазора и минимального-в области максимального зазора. В двухпакетной конструкции полюса пакетов имеют разную полярность. Другой особенностью этой конструктивной схемы по сравнению с однопакетным вариантом является отсутствие дополнительного зазора.
Свою нишу в СЭС с
турбогенераторными источниками заняли и генераторы с когтеобразными полюсами.
В настоящее время известно около трех десятков конструктивных вариантов
электромеханических преобразователей этого типа, один из которых показан на
рис.16. Конструктивная схема входящего в энергоблок генератора отличается
расположением обмоток возбуждения (размещаются не над лобовым частями якорной
обмотки, а на фланцевом щите), отсутствием второго вала — торсиона и наличием
дополнительной компаундирующей обмотки.
Рис. 16.Эскиз конструкции электромеханической части турбогенераторной установки:
1-когтеобразный ротор; 2,9-фланцевые щиты; 3,8-обмотки возбуждения;
4-компаундирующая обмотка; 5-диамагнитная скоба; 6-корпус; 7-обмотка якоря
Последняя зафиксирована на диамагнитной скобе и включается последовательно с обмоткой якоря, улучшая качество генерируемой электроэнергии. Контуры замыкания потоков, создаваемых токами компаундирующей обмотки и обмотки возбуждения, одинаковы.
В ряде ТГИ применяются двухполюсные синхронные генераторы с внешнезамкнутым потоком, эскиз конструкции одного из которых показан на рис. 17.
В состав электромеханического преобразователя ТГИ входят двухполюсный ротор 7 и две обмотки: якоря 2, размещенная в пазах шихтованного сердечника 3, и расположенные над ее лобовыми частями обмотки возбуждения 1. Обе магнитопроводящие части ротора представляют собой литые половины вала, разделенные немагнитной прокладкой 4. Поток, создаваемый током обмоток возбуждения, замыкается по контуру: корпус б — левый фланцевый щит — дополнительный воздушный зазор δ1, — левый полувал — основной воздушный зазор δ — статор 8 — основной воздушный зазор δ — правый полувал — дополнительный воздушный зазор δ2 — правый фланцевый щит — корпус 6.
Основными недостатками синхронных генераторов с внешнезамкнутым потоком классического исполнения являются значительная масса внешнего магнитопровода и наличие больших потоков рассеяния, ухудшающих характеристики генератора. Частично перечисленные недостатки снижаются при использовании генераторов торцовой конструкции. Конструктивная схема одно- и двухпакетного торцового синхронного генератора показана на рис. 18.
Рис.18. Конструкции однопакетного (а) и двухпакетного (б) торцовых генераторов
Ротор, выполняющий функции магнитного переключателя потока, состоит из стальной
втулки 7 с радиальными выступами 8, образующими внутреннюю звездочку. Между выступами- полюсами этой звездочки — размещаются внутренние полюсы противоположной полярности наружной звездочки 3, ограниченной стальным ободом 4. Наружная и внутренняя звездочки скреплены сварными вставками из немагнитной стали или заливкой немагнитным сплавом. Боковые рабочие поверхности полюсов размещаются против зубцовой зоны торцового статора на расстоянии рабочей аксиального воздушного зазора. С противоположной стороны от сердечника якоря 2 с обмоткой 1 размещается магнитопровод 6, на цилиндрической аксиальной втулке которого крепится неподвижная кольцевая обмотка возбуждения 5, охватывающая втулку и вал.
Создаваемый катушкой поток возбуждения замыкается по контуру; корпус б — дополнительный зазор δ1 — втулка 7 - выступы 8 — рабочий зазор δ — сердечник якоря 2 — рабочий зазор δ – выступы 3 — дополнительный зазор δ2, — корпус 6.
Генераторы с внутризамкнутым потоком, несмотря на большую по сравнению с рассмотренными выше электрическими машинами компактность, широкого распространения на БЛА не получили из-за еще больших потоков рассеяния, несимметрии индукции в рабочем зазоре (под разными полюсами она может отличаться на 30 - 40 %)
и сложности конструкции индуктора. При этом с учетом ограниченных диаметров расточки, что имеет место при повышенных частотах вращения, возникают дополнительные трудности выполнения системы возбуждения.
Высокие рабочие температуры комбинированных энергоблоков оказывают отрицательное влияние на характеристики проводниковых, электроизоляционных и магнитных материалов, что приводит в конечном итоге к ухудшению показателей и характеристик генератора. В целях устранения или, по крайней мере, снижения рабочих температур элементов и узлов генераторов, а также улучшения их энергетических показателей необходимо уменьшить потери в электромеханическом преобразователе.
Радикальное решение этой задачи обеспечивает применение в ТГИ магнитоэлектрических генераторов. Замена обмоток возбуждения постоянными магнитами не только приводит к значительному уменьшению потерь в генераторе за счет полного устранения потерь в индукторе, но и позволяет решить еще две важные задачи — надежного самовозбуждения генератора и обеспечения минимального времени выхода энергоустановки на режим. Кроме того, прогресс в области производства редкоземельных магнитов обеспечил возможность создания МЭГ значительно меньшей по сравнению с генераторами с электромагнитным возбуждением массы и с лучшими рабочими характеристиками.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.