Авиационные бесконтактные генераторы и бесконтактные вентильные электродвигатели, страница 6

Рис. 5. Кривая изменения потока в воздушном зазоре индукторного генератора

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

.

Частота выходного напряжения индукторных машин f определяется числом зубцов ротора  и частотой вращения n: , т.е. зубец и впа­дина на роторе образуют пару полюсов. Для умень­шения магнитных потерь и улучшения формы кри­вой напряжения зубцы ротора скашивают (обычно на 0,6 – 0,75 зубцового деления статора), при этом значения  и Ф_тах соответственно увеличиваются и уменьшаются, а действующее значение ЭДС при холостом ходе и последовательном соединении катушек уменьшается:

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. Относительная 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 напряжения, достигающей 20% (у синхронных генераторов он не превышает 10%).

3. Сравнительно большое изменение напряжения при изменении нагрузки

Перечисленные недостатки с применением других конструкций (двухпакетной или разноименно- полюсной) 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 магнитопро-водом 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 немагнитного материала.

Ротор генератора имеет шесть полюса северной полярности 8 объединены ступицей 7,   напрессованной на вал. Полюсы южной полярности представляют  собой систему 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  примыкают к якорю, а скоба 6 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 стали и служить магнитопроводом. Магнитный поток ,созданный    обмоткой возбуждения, замыкается по пути с наибольшей магнитной проводитмостью: скоба 6 — зазор , — втулка 7 — выступы 8 – зозор  — якорь 2 — зозор — выступы 9—цилиндр 4 — зазор  — скоба 6.

Рис. 13. Эскиз конструкции синхронного генератора с внутризамкнутым потоком и односторонним размещением обмотки возбуждения

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

Поток, создаваемый закрепленной в скобах 6 кольцевой обмоткой возбуждения 5, замыкается по контуру: магнитомягкая скоба 6 -технологиче­ский воздушный зазор- выступы 7 - рабочий воздушный зазор  -якорь 2 - зазор  - цилиндр 4 - технологический зазор  - скоба 6.

Таким образом, при показанных на рис.7 направлениях токов обмоток возбуждения одна груп­па полюсов (северная) образована наружными высту­пами 7, а вторая (южная) — центральными участка­ми цилиндра 4 между окнами. Для того чтобы основная часть магнитного потока замыкалась через якорь, зазоры 8 между выступами 7 и цилиндром 4 (они обычно заливаются немагнитным сплавом) должны значительно превышать двойную длину рабочего за­зора.

Генераторы с внутризамкнутым потоком имеют значительные потоки рассеяния (коэффициенты рассеивания потока достигают 1.5—1,6), при этом из-за несимметрии магнитной системы индукции в рабочем воздушном зазоре под северными и южными полюсами могут различаться. Это обстоятельство вызывает несимметрию  кривой ЭДС и наличие  постоянной составляющей потока, которая не участвует в электромеханическом преобразовании энергии и загружает магнитопров.  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. Из-за больших потоков рассеяния индуктивное продоль­ное сопротивление «сексина» велико и его внешние характе­ристики имеют сильный наклон, что затрудняет стабилизацию выходного напряжения. Рациональная область использования сексинов по мощно­сти - 3-10 кBA.Достоинствами «сексинов» являются надежность, способность выдерживать высокие температуры нагрева, возможность исполь-зования с высо­коскоростным приводом и др.

Рис. 14. Эскиз конструкции генератора типа «сексин» (а) и Развертка наружной поверхности его ротора (б)

Необходимость применения наряду с общепринятой для генераторов этой серии воздушной системы еще и испарительной объясняется тем, что при увеличении высоты полета резко снижается плотность окружающей воздушной среды, что ведет к уменьшению весового расхода воздуха, продуваемого через  генератор. Кроме этого, при увеличении скорости полета существенно возрастает адиабатическое сжатие воздуха в каналах воздухозаборника самолета. Это влечет за собой повышение температуры используемого для охлаждения воздуха  и резкое возрастание затрат мощности на осуществление продува.