Проектирование синхронной машины с постоянными магнитами

Введение.

    В последнее время во многих отраслях техники, таких, как автомобилестроение, бытовая электротехника и т.п. нашли широкое применение электрические машины с постоянными магнитами. В первую очередь это обусловлено тем, что данный вид машин характеризуется высокими массоэнергитическими показателями, имеют большой срок службы, весьма надежны, просты в конструкции и изготовлении.

   Данный тип двигателей был изобретен еще в 30-е годы 20  века, но не получили широкого применения, из-за того, что имели худшие показатели чем обычные машины. Это было связанно с невысокими удельными характеристиками магнитов. Второе дыхание такая конструкция машин получила с разработкой высококоэрцитивных магнитов на основе интерметаллических соединений кобальта с редкоземельными элементами. Высокая магнитная энергия редкоземельных постоянных магнитов позволило существенно снизить массу и габаритные размеры машин и, сделав их не только, вполне конкурентно способными с электрическими машинами с электромагнитным возбуждением, но и превосходящими их по многим показателям. Так же существую синхронные машины с комбинированным возбуждением, т.е. имеющих как обмотку возбуждения, так и возбуждение от постоянных магнитов. Это дало возможность в более широком регулировании машин.

Цели работы

1     Рассмотреть общие вопросы синхронных машин

1.1  Материалы современных магнитов

1.2  Конструкции синхронных машин с постоянными магнитами

1.3  Получить навыки про проектированию синхронной машины с постоянными магнитами. Ознакомиться с существующими методиками. Разработать техническое задание одной из них.

2   Стартер-генератор и его конструктивные особенности.

3   Провести общий анализ и применение работы СГУ на выпрямительную нагрузку.

4   Оценить потери, возникающие при данном режиме работы.

5   Заключение.

1  Общие вопросы синхронных машин с постоянными магнитами.

1.1  Материалы современных постоянных магнитов.

Основные параметры, характеризующие постоянные магниты.

Постоянные магниты являются ферримагнитными телами, и их магнитные свойства описываются кривой перемагничивания – петлей гистерезиса, которая представляет собой зависимость индукции от напряженности магнитного поля . Но иногда удобнее использовать зависимость намагниченности постоянного магнита от напряженности магнитного поля . Связь между напряженностью магнитного поля, индукцией и намагниченностью:

,

где  - магнитная постоянная, Гн/м.

На рисунке 1 [2] приведена петля гистерезиса и произведение намагниченности на  от напряженности магнитного поля.

Рисунок 1. - Зависимости индукции и намагниченности от напряженности магнитного поля (кривые размагничивания) постоянного магнита по индукции  и намагниченности .

     При намагничивании магнита рабочая точка на диаграмме магнита перемещается из точки 0 в точку 1. Эта точка (1) соответствует насыщению постоянного магнита и характеризуется индукцией и напряженностью насыщения - . После достижения насыщения намагниченность магнита при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля не изменятся. Поэтому при   индукция возрастает по линейному закону:

.

При снятии внешнего намагничивающего поля рабочая точка переместится из точки 1 в точку 3, при этом намагниченность магнита практически не изменяется. Остаточная индукция,  соответствующая точке 3, характеризует намагниченность постоянного магнита при отсутствии внешнего поля:

При приложении внешнего размагничивающего магнитного поля рабочая точка перемещается во второй квадрант. В этом квадранте петля гистерезиса носит названия кривой размагничивания. В традиционных магнитах при приложении внешнего размагничивающего поля намагниченность магнита изменяется, а после снятия магнитного поля, например, после достижения напряженности, соответствующей точке 10, рабочая точка перемещается не по кривой размагничивания, по частной кривой возврата. Кривая возврата, в общем случае, представляет собой частный цикл перемагничивания, на котором при увеличении и уменьшении напряженности внешнего  магнитного поля рабочая точка идет по различным траекториям. Однако на практике кривая возврата представляется в виде прямой. Кривая возврата характеризуется напряженностью и индукцией  точки отхода кривой возврата и коэффициентом возврата:

Если кривая возврата вырождается в прямую, то

где  - угол наклона прямой возврата к оси абсцисс.

При увеличении напряженности внешнего размагничивающего поля до значения коэрцитивной силы по индукции  рабочая точка 4, в которой индукция равна нулю. Дальнейшее увеличение напряженности размагничивающего поля приводит к изменению направления вектора магнитной индукции. При напряженности внешнего поля, равной коэрцитивной силе по намагниченности  (точка 7 на рисунке 1), вектор намагниченности равен нулю, и после снятия внешнего магнитного поля рабочая точка перемещается в начало координат (точку 0, соответствующую состоянию полного размагничивания магнита).