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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.