Обмотки генератора: Устройство,принцип действия автомобильных генераторов

Устройство,принцип действия автомобильных генераторов

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор – основной источник электроэнергии. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.
Основные требования к автомобильным генераторам
1. Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:
– одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;
– при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;
– напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.
2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.

Принцип действия генератора
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует, собственно, статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) – ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генераторной установки, там, где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы – обычно 2. ..3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора генератора N и числа его пар полюсов р:
f=p*N/60
За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения я ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т. к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора. С учетом передаточного числа i ременной передачи от двигателя к генератору частота сигнала на входе тахометра fт связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя Nдв соотношением:
f=p*Nдв(i)/60
Конечно, в случае проскальзывания приводного ремня это соотношение немного нарушается и поэтому следует следить, чтобы ремень всегда был достаточно натянут. При р=6 , (в большинстве случаев) приведенное выше соотношение упрощается fт = Nдв (i)/10. Бортовая сеть требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор.

Обмотка статора генераторов зарубежных фирм, как и отечественных – трехфазная. Она состоит из трех частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т. е. на 120 электрических градусов, как это показано на рис. I. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения Uф действуют между концами обмоток фаз. я токи Iф протекают в этих обмотках, линейные же напряжения Uл действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи Jл. Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные.

При соединении в «треугольник» фазные токи в корень из 3 раза меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более толстым проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» в корень из 3 больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда».

Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом «+» генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом «-» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.1, пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9-VD 11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений (рис. 1) можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1 действует в обмотке первой фазы, Uф2 – второй, Uф3 – третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы – положительно, а третьей – отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рис. 1. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени, легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление – от вывода «+» генераторной установки к ее выводу «-» («массе»), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t1 открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9-VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25…35 А).

Рис. 1. Принципиальная схема генераторной установки. Uф1 — Uф3 — напряжение в обмотках фаз: Ud — выпрямленное напряжение; 1, 2, 3 — обмотки трех фаз статора: 4 — диоды силового выпрямителя; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — нагрузка; 7 — диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 8 — обмотка возбуждения; 9 — регулятор напряжения.

Остается рассмотреть принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7 и VD8. Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками – первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой. Представление реальной формы фазного напряжения в виде суммы двух гармоник (первой и третьей) показано на рис. 2.

Рис. 2. Представление фазного напряжения Uф в виде суммы синусоид первой, U1, и третьей U3, гармоник

Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном – нет. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения, не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность добавлены диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5. ..15% при частоте вращения более 3000 мин-1.

Выпрямленное напряжение, как это показано на рис. 1, носит пульсирующий характер. Эти пульсации можно использовать для диагностики выпрямителя. Если пульсации идентичны – выпрямитель работает нормально, если же картинка на экране осциллографа имеет нарушение симметрии – возможен отказ диода. Проверку эту следует производить при отключенной аккумуляторной батарее. Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т. е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генераторную установку элементов защиты ее от всплесков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+ « генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя «используется и в регуляторах напряжения.

Устройство автомобильного генератора
По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками – передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное – только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Статор генератора (рис. 3) набирается из стальных листов толщиной 0.8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Рис.3. Статор генератора: 1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем

В пазах располагается обмотка статора, выполняемая по схемам (рис. 4) в виде петлевой распределенной (рис.4-а) или волновой сосредоточенной (рис.4-б), волновой распределенной (рис.4-б) обмоток. Петлевая обмотка отличается тем, что ее секции (или полусекции) выполнены в виде катушек с лобовыми соединениями по обоим сторонам пакета статора напротив друг друга. Волновая обмотка действительно напоминает волну, т. к. ее лобовые соединения между сторонами секции (или полусекции) расположены поочередно то с одной, то с другой стороны пакета статора. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция исходит влево, другая направо. Расстояние между сторонами секции (или полусекции) каждой обмотки фазы составляет 3 пазовых деления, т.е. если одна сторона секции лежит в пазу, условно принятом за первый, то вторая сторона укладывается в четвертый паз. Обмотка закрепляется в пазу пазовым клином из изоляционного материала. Обязательной является пропитка статора лаком после укладки обмотки.

Рис.4 Схема обмотки статора генератора: А — петлевая распределенная, Б — волновая сосредоточенная, В — волновая распределенная
——- 1 фаза, — — — — — — 2 фаза, -..-..-..- 3 фаза

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис.5). Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы – полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Рис. 5. Ротор автомобильного генератора: а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 — вал.

Если полюсные половины имеют полувтулки, то обмотка возбуждения предварительно наматывается на каркас и устанавливается при напрессовке полюсных половин так, что полувтулки входят внутрь каркаса. Торцевые щечки каркаса имеют выступы-фиксаторы, входящие в межполюсные промежутки на торцах полюсных половин и препятствующие провороту каркаса на втулке. Напрессовка полюсных половин на вал сопровождается их зачеканкой, что уменьшает воздушные зазоры между втулкой и полюсными половинами или полувтулками, и положительно сказывается на выходных характеристиках генератора. При зачеканке металл затекает в проточки вала, что затрудняет перемотку обмотки возбуждения при ее перегорании или обрыве, т. к. полюсная система ротора становится трудноразборной. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно – контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т. е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластинтеплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец – обычно плотная, со стороны привода – скользящая, в посадочное место крышки наоборот – со стороны контактных колец – скользящая, со стороны привода – плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства – резиновые кольца, пластмассовые стаканчики, гофрированные стальные пружины и т. п.

Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле. Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения на монокристалле ни разборке, ни ремонту не подлежат.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис. 6-а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места – к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. 6-б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Рис .6. Система охлаждения генераторов: а — генераторы обычной конструкции; б — генераторы для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в — генераторы компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Намотка генератора под разное соотношение полюсов и катушек

Сейчас можно сказать 99% всех генераторов это классические генераторы с трёхфазной обмоткой и соотношением числа полюсов и числа катушек 2 к 3. То-есть если полюсов например 12 то катушек 18, если полюсов 24 то катушек 36, если полюсов 9 то катушек 12, если полюсов 6 то катушек 9. Так-же такая схема работает если наоборот соотношение 3 к 2, она обычно применяется на дисковых-аксиальных генераторах, где делают 9 катушек и 12 магнитных полюсов на дисках. Но с дисковыми всё и так понятно, там нет магнитного залипания так-как статор не содержит железа, а катушки просто залиты смолой.

Но в классических генераторах где статор железный есть магнитное залипание, которое мешает ветроколесу стартовать, и многие борются за снижение этого залипания, чтобы винт стартовал при более низкой скорости ветра. Само залипание это когда магниты на роторе притягиваются к зубцам статора и держат ротор, и чтобы его провернуть нужно приложить определённое усилие, которое измеряется в Ньютон*метр (Нм).

Ранее я уже описывал методы уменьшения залипания, где писал про скос магнитов — в этой статье Уменьшение залипания методом скоса магнитов, но сейчас я хочу более подробно разобрать один интересный метод повышения КПД генератора и уменьшения залипания. Вообще генератор можно намотать с любым количеством катушек и полюсов, и при этом он будет трёхфазный и будет так-же работать. Для расчёта такой намотки сделали сайт где можно рассчитать генератор, вот адрес сайта — http://www.bavaria-direct.co.za/scheme/calculator/

Как делать расчёт генератора

Перейдя по ссылке вы увидите вот такую картину, ниже скриншот

>

В этой форме нужно вводить количество полюсов на роторе, и количество катушек статора.

>

Например в автомобильном генераторе 18 катушек и 12 полюсов на роторе, если ввести эти данные мы получим 36 залипаний и КПД генератора 0.86.

>

Ниже на скриншоте я отметил где какие данные указываются

>

1. Указывает количество залипаний ротора за один оборот, в данном случае 0.86603. Чем больше общее количество залипаний тем меньше по силе каждое залипание в отдельности, Увеличением количества залипаний общая сила притяжения магнитов как-бы распределяется по всему диаметру, и чем больше залипаний тем они слабее, по-этому ротор генератора легче стронуть.

2. Указывает КПД обмотки генератора, в данном случае 36. Соответственно чем выше число в этом поле тем выше КПД генератора в целом. При классической схеме намотки генераторов КПД 0,86, но эффективность, а значит и мощность можно увеличить.

2. Указывает схему намотки катушек, в данном случае ABCABCADCABCABCABC. Это самый сложный для понимания этап и его разберём подробнее. При классической схеме намотки катушек все катушки наматываются в одном направлении, чтобы ток тёк в одну сторону и не-было такого чтобы он двигался навстречу, иначе это уже замыкание и неправильная работа генератора, перегрев и выход из строя генератора.

На схеме видно что буквами «АВС» обозначены фазы генератора, дополнительно они выделены цветами. Как видно все буквы заглавные, значит всё катушки мотаются в одном направлении. То-есть если вы начали мотать катушки по часовой стрелке значит они все должны так наматываться, а соединятся катушки одной фазы между сабой должны (конец катушки с началом следующей). Если взять первую фазу «А» то видно что она мотается начиная с первого зуба и потом через каждые два зуба. Фаза «В» точно так-же, но начиная со второго зуба, и третья фаза «С» наматывается на третий зуб и потом через каждые два зуба.

Например всего у нас 18 катушек, то-есть по 6 штук на фазу, значит первая фаза мотается с любого первого зуба, потом вторая катушка фазы наматывается уже на четвёртый зуб, третья катушка на седьмой зуб, четвертая на 10-й зуб, пятая на 13-й зуб, и шестая на 16-й зуб. А две другие соответственно точно так-же, но начиная со второго и третьего зуба. На скриншоте видно как они соединены, только здесь ротор снаружи, а статор внутри, а вам нужно представить это наоборот.

Фазы отмечены разными цветами и видно что в фазе катушки соединены последовательно, то-есть конец катушки с началом следующей и так далее…

Изменение количества полюсов и направление обмоток генератора

Но если изменить количество полюсов, например поставить 22 полюса, как на скриншоте ниже, то изменится схема намотки генератора.

>

Если вместо 12 полюсов на роторе сделать 20 полюсов, то генератор так-же останется трёхфазным, но поменяется размещение катушек на зубах статора, и направление намотки. Из скриншота выше видно что отмеченная красным первая фаза «А» теперь идёт подряд три зуба, и далее через шесть зубов ещё три зуба. Заглавной буквой отмечено что катушка должна наматываться в одну сторону, а прописная буква указывает что катушка должна наматываться в противоположную сторону.

Если вы начали мотать первую катушку по часовой стрелке, то вторую мотаете уже против часовой стрелки.

Такая схема намотки позволяет использовать 20 магнитных полюсов на роторе. При этом как видно количество магнитных залипаний увеличилось с 36 до 180, и тем самым в 4 раза снизилось отдельное залипание, и грубо говоря залипание снизилось в четыре раза. При этом КПД генератора вырос с 86 до 94%, что очень неплохо ведь прирост целых 10%. Можно указывать любое количество полюсов и смотреть за изменением КПД генератора и магнитного залипания.

Определение ширины магнитов

По толщине магниты могут быть любые, но конечно не нужно ставить слишком толстые и мощные магниты, так-как это будет дороже, увеличится залипание, и будет переизбыток магнитного поля, которое выйдет за пределы статора и просто не будет участвовать в выработке энергии. А вот по ширине магниты нужно подбирать под конкретный генератор. Если посмотреть на скриншот то видно что магниты чуть-чуть шире зубов статора, то-есть если зуб статора шириной 10мм, то магниты шириной получаются 11 мм. Чтобы точно вычислить можно распечатать страницу с расчётом и вычислить в процентах на сколько магнит шире или уже зуба, и уже далее перенести расчёт на свой генератор. Например если магнит шире зуба на 10%, а у вас зуб шириной 7.5 мм, то прибавляете 0.75 мм и получите 8.25 мм. Значит вам нужен магнит шириной 8 мм.

>

Если вам что-то не понятно, то оставляйте вопросы в комментарии ниже и я отвечу вам. Тут самое главное понять в какую сторону мотать катушки и на какие зубы, а так-же усвоить что ширина магнитов берётся относительно ширины зубов статора, а отношение в процентах вычисляется визуально по рисунку. Если скажем использовать магниты шире или уже чем требуется, то нарушается вся схема и от этого может появится неравномерность залипания, залипание может наоборот стать сильнее. А КПД генератора может заметно снизится.

Устройство и работа генераторов переменного тока.

Устройство и работа генератора переменного тока



Генератор автомобилей ВАЗ

Конструкция генератора 37.3701 переменного тока, устанавливаемого на многих автомобилях марки ВАЗ (-2105, -2106, -2108, -2109 и др. ), представлена на рис. 1.

Подвижное магнитное поле создается вращающимся двенадцатиполюсным магнитом – ротором (рис. 2, а), который представляет собой стержень с надетыми на него стальными звездочками, каждая из которых имеет по шесть клювообразных полюсов.

В полости между звездочками ротора на стальном кольце размещена обмотка возбуждения, напряжение к которой подводится через медно-графитовые щетки и два изолированных контактных кольца, напрессованных на вал ротора.
Концы обмотки возбуждения выведены через отверстия и подсоединены к контактным кольцам.

На контактные кольца опираются медно-графитовые щетки, размещенные в щеткодержателях, расположенных в задней крышке генератора со стороны, противоположной приводу. Одна из щеток присоединена к корпусу генератора, а вторая – к изолированной клемме, к которой через регулятор напряжения подводится ток возбуждения от аккумуляторной батареи.
Регулятор напряжения встроен в шеткодержатель, образуя вместе с ним единый съемный блок.

Магнитное поле намагничивает клювообразные полюсы ротора, имеющие разную полярность. Ротор, вращаясь внутри цилиндрического статора, индуцирует ЭДС в фазных обмотках, навитых на набранном сердечнике статора.

Статор генератора (рис. 2, б) состоит из сердечника, представляющего собой набор изолированных друг от друга листов магнитопроводящей мягкой электротехнической стали. Внутренняя поверхность сердечника статора имеет равномерно расположенные по окружности зубцы с пазами между ними. Число пазов кратно трем.
В пазах между зубцами укладываются витки катушек обмотки статора. Для изоляции катушек от сердечника используется электротехнический картон. Статор в сборе пропитывается изоляционным лаком.
Каждая из трех фаз обмотки статора содержит одинаковое число последовательно соединенных катушек, число которых в статоре кратно трем. Обычно статоры современных генераторов содержат 18 катушек, последовательно соединенных в три группы (по шесть катушек на каждую фазу).

Обмотка возбуждения генератора получает питание или от генератора, или от аккумуляторной батареи. Небольшой силы ток, поступающий в обмотку возбуждения через щетки и контактные кольца, вызывает магнитный поток, который замкнуто циркулирует по металлическим деталям ротора, в том числе по полюсным наконечникам.
Так как полюсные наконечники левой и правой половин сердечника ротора смещены, происходит и смещение магнитно потока. Поэтому входя в один зубец статора, магнитный поток выходит через другой зубец, пересекая катушки статора.

При вращении ротора происходит постоянное чередование северного и южного полюсов ротора, что приводит к изменению пересекающего катушки статора магнитного потока по величине и направлению. В результате в фазных обмотках наводится переменная ЭДС.

Для обеспечения первоначального возбуждения генератора, после включения зажигания, к клемме «

В» регулятора напряжения, подводится ток по двум цепям:

1. Плюсовая клемма аккумуляторной батареи — контакт «30» генератора — контакты «30/1» и «15» замка зажигания — контакт «86» и «85» обмотки реле зажигания – клемма «минус» аккумуляторной батареи.
После замыкания реле ток в обмотку возбуждения поступает по второй цепи.

2. Плюсовая клемма аккумуляторной батареи — контакт «30» генератора — контакты «30» и «87» реле зажигания — предохранитель №2 в блоке предохранителей — контакт «4» белого разъема в комбинации приборов — резистор 36 Ом в комбинации приборов — контрольная лампа зарядки аккумуляторной батареи — контакт «12» белого разъема в комбинации приборов — контакт «61» — вывод «В» регулятора напряжения — обмотка возбуждения — вывод «Ш» регулятора напряжения — выходной транзистор регулятора напряжения – минусовая клемма аккумуляторной батареи.

После пуска двигателя обмотка возбуждения питается с общего вывода трёх дополнительных диодов, установленных на выпрямительном блоке, а напряжение в системе электрооборудования автомобиля контролируется светодиодом или лампой в комбинации приборов.
При исправно работающем генераторе после включения зажигания светодиод или лампа должны светиться, а после пуска двигателя — гаснуть, поскольку напряжение на контакте «30» и общем выводе «61» дополнительных диодов становится одинаковым, и ток через контрольную лампу не протекает.

Если светодиодная лампа продолжает гореть после пуска двигателя, то это означает, что генераторная установка неисправна, т. е. либо вообще не выдаёт напряжение, либо оно ниже напряжения аккумуляторной батареи. В этом случае напряжение на разъёме «61» будет ниже напряжения на контакте «30», поэтому в цепи между ними протекает ток, заставляя светиться светодиодную лампу, что свидетельствует о неисправности генератора.

***



Каждая фаза трехфазной обмотки генератора состоит из шести последовательно соединенных катушек. Фазные обмотки соединены между собой по схеме «звезда» или «двойная звезда».
Свободные концы каждой из трех фаз подключены к встроенному в корпус генератора выпрямителю, который состоит из трех моноблоков, соединенных в схему двухполупериодного выпрямителя. Моноблок состоит из оребренного корпуса (для эффективного охлаждения), контактной шайбы, полупроводниковой кремниевой шайбы, герметизирующей заливки и двух выводов.
В каждом моноблоке, являющемся одновременно радиатором и токопроводящим зажимом средней точки, установлено по две полупроводниковые кремниевые шайбы.

Три моноблока выпрямителя размещены на задней крышке генератора, со стороны противоположной приводу, и соединены между собой параллельно.
Обмотка каждой из фаз генератора соединена с соответствующим моноблоком выпрямителя так, чтобы переменный ток подводился между двумя полупроводниковыми шайбами.

Выводы всех моноблоков выпрямителя с одной стороны соединены с корпусом генератора («масса), а с другой – изолированной положительной клеммой генератора.

Схема подключения фазных обмоток генератора к двухполупериодному выпрямителю показана на рис. 4.

Вал ротора вращается на двух шариковых подшипниках, размещенных в крышках генератора. Между крышками зажимается статор с обмотками. На переднем конце вала ротора посредством шпоночного соединения устанавливается шкив ременной передачи для привода генератора.
Между передней крышкой и приводным шкивом на валу ротора размещен охлаждающий вентилятор.
В торцовых крышках генератора выполнены окна для прохода воздуха, который охлаждает детали генератора и выпрямительный блок.

***

Снятие и установка генератора

Для снятия генератора с автомобиля понадобятся ключи гаечные рожковые (или накидные) 8 мм, 10 мм, 17 мм и 19 мм, головка 13 мм, плоская отвертка (для снятия хомутов) и монтажная лопатка.

• Отсоедините минусовый провод от клеммы аккумуляторной батареи (ключ 10 мм).
• Аккуратно снимите пластмассовые ленточные хомуты с патрубка воздухозаборника и жгута проводов стартёра и генератора.
• Разъедините штекерный разъём обмотки возбуждения генератора.
• Отверните гайку с вывода «30» генератора (ключ 10 мм).
• Отверните гайку крепления генератора к натяжной планке (ключ 17 мм).
• С помощью монтажной лопатки подведите генератор к двигателю и снимите приводной ремень.
• Отверните три болта защиты картера (головка 13 мм) и снимите её.
• Снимите правый брызговик двигателя, отвернув пять самонарезных винтов (ключ 8 мм).
• Отверните гайку с нижнего болта крепления генератора к кронштейну (ключ 19 мм).
• Снимите генератор вместе с патрубком воздухозаборника, немного наклонив его так, чтобы он прошёл вниз между лонжероном и нижним кронштейном крепления генератора.

Установка генератора производится в обратной последовательности.

***

Регулятор напряжения



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Неисправности генераторов переменного тока

В генераторах могут возникать следующие основные неисправности:

• плохой контакт между щетками и контактными кольцами ротора
• обрыв обмотки возбуждения
• замыкание обмотки возбуждения на корпус рото­ра
• межвитковое замыкание в катушке обмотки воз­буждения
• обрыв в цепи фазовой обмотки статора
• межвитковое замыкание в катушках обмотки статора
• замыкание обмотки статора на корпус
• замыкание зажима «плюс» на корпус
• пробой диодов выпрямитель­ного блока
• механические неисправности

Плохой контакт между щетками и контактными кольцами ротора

Плохой контакт между щетками и контактными кольцами ротора возникает при загрязнении и замас­ливании контактных колец, большом износе щеток, уменьшении давления пружин на щетки и зависании щеток в щеткодержателях. При таких дефектах повышается сопротивление в цепи возбуждения (или даже прерывается цепь возбуждения), что вызывает снижение силы тока возбуждения, уменьшается мощность генератора.

Для устранения неисправности снимают щеткодержатель и проверяют его состояние. При необ­ходимости протирают щеткодержатель и щетки тряп­кой, смоченной бензином. Щетки должны свободно пе­ремещаться в щеткодержателях. При износе щеток до высоты 8 мм их заменяют с последующей проверкой давления пружины на каждую шетку в отдельности.

Загрязненные контактные кольца ротора протирают тряпкой, смоченной бензином. Окисленную рабочую поверхность колец зачищают стеклянной шкуркой.

Обрыв обмотки возбуждения

Обрыв обмотки возбуждения чаще всего происхо­дит в местах пайки концов обмотки к контактным кольцам.

При обрыве обмотки возбуждения в обмотке статора индуктируется ЭДС не более 5 В, обусловленная оста­точным магнетизмом стали ротора. При такой неисп­равности аккумуляторная батарея не будет заряжаться. Для определения обрыва необходимо отъединить конец обмотки возбуждения от щетки, а затем к этому концу и к зажиму Ш генератора присоединить через лампу или вольтметр провода от аккумуляторной батареи.

В случае обрыва обмотки лампа загораться не бу­дет, а стрелка вольтметра не отклонится. Для нахож­дения катушки с обрывом обмотки провода от зажимов батареи подключают к концам каждой катушки. Пос­ле этого тщательно проверяют место пайки соединений и выводные концы катушек обмотки возбуждения. Об­наруженное место обрыва устраняют ьескислотной пайкой, пользуясь мягкими припоями. Когда обрыв произошел внутри катушки, ее заменяют или перематывают.

Межвитковое замыкание в катушках обмотки возбуждения

Межвитковое замыкание в катушках обмотки воз­буждения возникает вследствие разрушения изоляции провода обмотки при перегреве или механическом пов­реждении, что вызывает увеличение тока возбуждения и повышение температуры обмотки.

Для определения виткового замыкания в катушках измеряют омметром их сопротивление и сопоставляют его с сопротивлением исправной катушки.

Замыкание обмотки возбуждения на корпус рото­ра

При замыкании на корпус часть или вся обмотка возбуждения закорачивается, вследствие чего генератор не возбуждается. Чаще всего обмотка замыкается на корпус в местах вывода ее концов к контактным кольцам ротора. Замыкание обмотки на корпус вызы­вает увеличение силы тока в цепи регулятора напря­жения.

Этот вид повреждения определяют контрольной лампой напряжением 220 В. Один провод соединяют с любым контактным кольцом, а другой — с сердечни­ком или валом ротора. Лампа будет гореть, когда об­мотка замкнута на корпус. Если невозможно изолиро­вать обмотку от корпуса, то ее заменяют.

Замыкание обмотки статора на корпус

Замыкание обмотки статора на корпус возникает вследствие механического или теплового повреждения изоляции обмотки. При этой неисправности значительно снижается мощность генератора. Генератор перегревается. Аккумуляторная батарея заряжается только на повышенной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Этот вид повреждения определяют контрольной лампой напряжением 220 В путем подключения одного щупа на сердечник, а другого — на любой вывод обмот­ки. Лампа горит только при замыкании обмотки на корпус. Дефектные катушки заменяют.

Замыкание зажима «плюс» генератора на корпус

Замыкание зажима «плюс» генератора на корпус происходит вследствие разрушения изоляции зажима или изоляции провода, подключенного к этому зажиму. При такой неисправности генератора резко увеличива­ется сила тока в обмотке статора и в диодах выпрямительного блока, что приводит к тепловому разрушению изоляции обмотки и пробою диодов выпрямительного блока. После пробоя диодов возникает короткое замыкание аккумуляторной батареи, вследствие чего проис­ходит глубокий разряд батареи и изоляция соедини­тельных проводов разрушается, а также выходит из строя амперметр.

Дефектную изоляцию зажима восстанавливают. По­врежденные обмотки статора и выпрямительный блок диодов заменяют исправными в условиях ремонтной мастерской.

Межвитковое замыкание в катушках обмотки ста­тора

Межвитковое замыкание в катушках обмотки ста­тора возникает при перегреве вследствие разрушения изоляции обмотки. В короткозамкнутых катушках проходит большой ток, это приводит к перегреву катушки и вызывает дальнейшее разрушение изоляции обмотки.

При такой неисправности значительно снижается мощность генератора, а аккумуляторная батарея заря­жается только на большой частоте вращения коленча­того вала двигателя.

Пробой диодов выпрямителя

Пробой диодов выпрямителя происходит при пе­регреве током большой силы, повышении напряжения генератора выше нормы и при механическом повреж­дении.

В пробитых диодах сопротивление практически рав­но нулю в обоих направлениях, что вызывает короткое замыкание фаз обмотки статора и отказ генератора.

При пробое диодов аккумуляторная батарея начина­ет разряжаться через обмотку статора, что вызывает разрушение изоляции обмотки и быстрый разряд бата­реи.

Назначение и устройство синхронных генераторов

Категория:

   Передвижные электростанции

Публикация:

   Назначение и устройство синхронных генераторов

Читать далее:

Назначение и устройство синхронных генераторов

Синхронный генератор состоит из двух основных частей: неподвижного статора (якоря) с помещенной в нем обмоткой и подвижного (вращающегося) ротора (индуктора) с обмоткой возбуждения. Назначение обмотки возбуждения состоит в том, чтобы создать в генераторе первичное магнитное поле для наведения в обмотке статора электродвижущей силы (э. д. е)… Если ротор сихронного генератора привести во вращение с некоторой скоростью V и возбудить от источника постоянного тока, то поток возбуждения будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах обмотки будут индуктироваться переменные э. д. с. При подключении нагрузки к данной обмотке в ней возникнет вращающееся магнитное поле. Это поле статора генератора будет вращаться в направлении, вращения поля ротора и с такой же скоростью, как поле ротора, в результате чего образуется общее вращающееся магнитное поле.

Скорость вращения магнитного поля синхронного генератора зависит от числа пар полюсов. При заданной частоте чем больше число пар полюсов, тем меньше скорость вращения магнитного поля, т.е. скорость вращения магнитного поля обратно пропорциональна числу пар полюсов. Так, например, при заданной частоте /=50 гц скорость вращения магнитного поля равна 3000 об/мин при числе пар полюсов р= 1, 1500 об/мин при р = 2V 1000 об/мин при р = 3 и т. д.

Статор генератора (рис. 1, а) состоит из сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали. Для ограничения вихревых токов листы стали изолированы пленкой лака толщиной 0,08-0,1 мм и прочно спрессованы в виде пакета, называемого пакетом активной стали. В каждом листе стали, выштампованы фигурные вырезы, благодаря чему в пакете, собранном из таких листов, образуются пазы, в которые и укладывается обмотка. Пазы для повышения электрической прочности обмотки и предохранения ее от механических -повреждений изолированы листами электрокартона с лакотканью или миканита. Пакет активной стали укреплен в чугунной или стальной станине генератора.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 1. Устройство и схема возбуждения синхронного генератора: а — статор, б — явнополюсный ротор (без обмотки полюсов), в — неявнополюсный ротор; 1 — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), 3- контактные кольца, 4 — полюс, 5 — полюсная катушка индуктора, 6 — возбудитель, 7 — шунтовой регулятор, 8 — щетки

Ротор синхронного генератора конструктивно может быть выполнен явнополюсным и неявнополюсным.

Явнополюсный ротор (рис. 1, б) имеет выступающие или, как говорят, явновыраженные полюсы. Такие роторы применяют в тихоходных генераторах со скоростью вращения не более 1000 об/мин. Сердечники полюсов этих роторов набирают обычно из листов электротехнической стали толщиной 1-2 мм, которые прочно скрепляют в пакет стяжными шпильками. На валу ротора полюсы крепят болтами или при помощи Т-образного хвостовика полюса, укрепляемого в специальных пазах, профре-зерованных в стальном теле ротора.

Обмотку возбуждения наматывают изолированным медным проводом соответствующего сечения. В роторах синхронных генераторов, предназначенных для работы в электроустановках, где в качестве первичных двигателей применяются дизели, предусматривается так называемая успокоительная обмотка. Успокоительная или как еще ее называют демпферная обмотка служит для успокоения свободных колебаний, возникающих при внезапных изменениях режима работы синхронных генераторов (резкие сбросы нагрузки, падение напряжения, изменение тока возбуждения и др. ), особенно в тех случаях, когда несколько генераторов работают параллельно на общую сеть.

Неявнополюсным называют ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов. Такие роторы выполняют обычно двух- или четырехполюсными.

Явнополюсные роторы для быстроходных машин не применяют из-за сложности изготовления крепления полюсов, способных выдерживать большие центробежные усилия.

Неявнополюоный ротор (рис. 1, в) состоит из вала и стальной поковки с профрезерованными в ней пазами, в которые уложена обмотка возбуждения. В остальном неявнополюсный ротор конструктивно выполнен так же, как и явнополюсный.

Конструкция проводников роторной обмотки выбирается в зависимости от типа ротора: для обмоток явнополюсных роторов применяют прямоугольные или круглые изолированные провода, а также голые медные полосы, гнутые на ребро и изолированные полосками миканита; обмотки неявнополюсных роторов выполняют из изолированных витков плоской твердокатаной меди, укладываемых в изолированные пазы роторов.

Концы обмотки ротора (индуктора) выведены и присоединены к контактным кольцам на валу ротора. К индуктору подводится постоянный ток от какого-либо внешнего источника. В качестве источника тока возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет применяют полупроводниковые выпрямители, а для более мощных генераторов — специальные машины постоянного тока (возбудители), помещаемые обычно на общем валу с ротором генератора или механически соединяемые с генератором посредством полумуфт. Возбудитель представляет собой генератор постоянного тока, мощность которого, как правило, составляет 1-3% номинальной мощности питаемого им генератора. Номинальное напряжение возбудителей невелико и у синхронных генераторов средней мощности не превышает 150 в. Постоянный ток для возбуждения синхронных генераторов может быть получен с помощью ртутных, полупроводниковых или механических выпрямителей. Для возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет чаще всего применяют селеновые или германиевые выпрямители.

Ток возбуждения в проходит от источника до индуктора по следующему пути: источник постоянного тока — неподвижные щетки на контактных кольцах, контактные кольца ротора — обмотки полюсов индуктора. Этот путь показан схематически на рис. 1, а. Синхронный генератор обладает свойством обратимости, т.е. может работать и в качестве электродвигателя, если обмотку его статора присоединить к сети трехфазного переменного тока.

Рекламные предложения:

Читать далее: Схема включения и принцип работы синхронного генератора

Категория: — Передвижные электростанции

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Замена обмотки генератора в Твери

1. Главная
2. Ремонт узлов и агрегатов
3. Ремонт генераторов в Твери

Статор генератора – это неподвижная деталь, закрепленная в корпусе, которая совместно с ротором с обмоткой возбуждения, щеточным узлом, подводящим ток к обмотке возбуждения, и выпрямительным блоком составляет единую конструкцию генератора, вырабатывающего напряжение для бортовой сети автомобиля.

Функции статора генератора

Основное назначение статора – нести на себе рабочую обмотку, где в процессе функционирования генератора возникает электрический ток, преобразующийся и подающийся в бортовую сеть. Кроме того, существует еще несколько функций, которые выполняет статор:

• является корпусной деталью, размещающую рабочую обмотку;
• выполняет функции магнитопровода, повышая индуктивность рабочей обмотки, тем самым правильно распределяя силовые линии магнитного поля;
• отводит излишнее тепло от нагревающихся обмоток, представляя собой теплоотвод.

Позвоните нам:
+7 (4822) 39-54-52, +7 (903) 631-83-82

Неисправности статора

Конструкция статора включает в себя кольцевой сердечник, рабочую обмотку и изоляцию. Чаще всего отказ в работе генератора является следствием влажности и перегрева, высоких суточных и годовых перепадов температуры и вибраций, которые приводят к нарушению целостности изоляции на торцевой поверхности сердечника. В частности, поврежденная изоляция приводит к замыканию на «массу» обмотки статора генератора.

Ремонт статора генератора в Твери

Если у вас возникла необходимость в ремонте генератора, в том числе замены обмотки статора генератора, посетите наш автосервис, расположенный в г. Тверь, ул. Вагжанова 11, корп. 2. Специалисты произведут тщательную диагностику, по итогам которой будут выявлены причины возникновения неисправности, после чего вам будут озвучены все необходимые мероприятия по восстановлению работоспособности.

Также мы рады предложить вам замену обмотки стартера.

Фазные обмотки — генератор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Фазные обмотки — генератор

Cтраница 1

Фазные обмотки генераторов и потребителей трехфазного тока соединяют по схеме звезда или треугольник. Если концы фазных обмоток генератора или потребителя соединить в одной общей точке, а начала обмоток подключить к линейным проводам ( рис. 7), то такое соединение называется звездой. При соединении треугольником ( рис. 8) конец фазы А соединяют с началом фазы В, конец фазы В с началом фазы С и конец фазы С с началом фазы А. К местам соединения фаз подключают линейные провода.  [2]

Фазные обмотки генераторов и потребителей трехфазного тока соединяются по схеме звезда или треугольник. Если концы фазных обмоток генератора или потребителя соединить в одной общей точке, а начала обмоток подключить к линейным проводам ( рис. 7), то такое соединение называется звездой и обозначается. А соединяется с началом фазы В, конец фазы В с началом фазы С и конец фазы С с началом фазы А. К местам соединения фаз подключаются линейные провода. У генератора с обмотками, соединенными треугольником, линейное напряжение создает каждая фазная обмотка. При соединении треугольником фазное напряжение равно линейному. В двигателях трехфазного тока обычно выводят все шесть концов трех обмоток, которые можно соединить звездой или треугольником. Соединение треугольником применяют для силовой нагрузки.  [3]

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 173 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Обе точки 0 и 0 соединены проводом, который называется н у — левы м, или нейтральным, проводом.  [5]

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 173 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Обе точки 0 и 0 соединены проводом, который называется п у — левы ы, или нейтральным, проводом.  [6]

О) Фазные обмотки генератора соединены треугольником. Чему равны токи фаз, если приемник отсоединен, а система фазных ЭДС симметрична.  [7]

При соединении многоугольником фазные обмотки генератора соединяются последовательно таким образом, чтобы начало одной обмотки соединялось с концом другой обмотки. Общие точки каждой пары фазных обмоток генератора и общие точки каждой пары ветвей приемника соединяются проводами, носящими название линейных проводов.  [8]

У генератора замеряются междуфазовые напряжения ( фазные обмотки генератора соединены в звезду) и определяется несимметрия напряжения при показании тахометра в 3000 об / мин. Междуфазовые напряжения генератора, нагруженного двумя измерителями, не должны быть ниже 28 е и не должны различаться между собой на величину более чем 0 5 в. Проверка напряжения производится вольтметром класса 1 0 с собственным сопротивлением не менее 1500 ом. Большая разность междуфазовых напряжений, чем 0 5 в, служит признаком появления в обмотках корот-козамкнутых витков. Такой генератор рекомендуется проверить мостиком Уитстона на сопротивление фаз. Допускаемая несимметрия сопротивлений фаз не должна превышать 0 4 ом; при большей асимметрии генератор заменяется исправным.  [9]

При соединении треугольником ( рис. 10 — 5) или многоугольником фазные обмотки генератора соединяются последовательно таким образом, чтобы начало одной обмотки соединялось с концом другой обмотки. Общие точки каждой пары фазных обмоток — генератора и общие точки каждой пары ветвей приемника соединяются проводами, носящими название линейных проводов.  [10]

У трехфазной системы с фазами, соединенными треугольником ( условное обозначение А), нейтральный провод отсутствует. Покажем сначала, как можно получить такую трехфазную цепь из необъединенной системы ( рис. 3.7, а), в которой три фазные обмотки генератора соединены шестью проводами с тремя приемниками. Чтобы получить соединение фазных обмоток генератора треугольником ( рис. 3.7, б), подключим конец X первой обмотки к началу В второй обмотки, конец Y второй обмотки — к началу С третьей обмотки и конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки.  [11]

У трехфазной системы, выполненной по схеме треугольник ( условное обозначение А), нейтральный провод отсутствует. Покажем сначала, как можно получить такую трехфазную цепь из необъединенной системы ( рис. 3.7, а), в которой три фазные обмотки генератора соединены шестью проводами с тремя приемниками. Для получения из фазных обмоток генератора схемы треугольник ( рис. 3.7, б) соединим конец X первой обмотки с началом В второй обмотки, конец Y второй обмотки с началом С третьей обмотки и конец Z третьей обмотки с началом А первой обмотки.  [12]

У трехфазной системы с фазами, соединенными треугольником ( условное обозначение Д), нейтральный провод отсутствует. Покажем сначала, как можно получить такую трехфазную цепь из необъединенной системы ( рис. 3.7, а), в которой три фазные обмотки генератора соединены шестью проводами с тремя приемниками. Чтобы получить соединение фазных обмоток генератора треугольником ( рис. 3.7, б), подключим конец X первой обмотки к началу В второй обмотки, конец У второй обмотки — к началу С третьей обмотки и конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки.  [13]

У трехфазной системы с фазами, соединенными треугольником ( условное обозначение Д), нейтральный провод отсутствует. Покажем сначала, как можно получить такую трехфазную цепь из необъединенной системы ( рис. 3.7, а), в которой три фазные обмотки генератора соединены шестью проводами с тремя приемниками. Чтобы получить соединение фазных обмоток генератора треугольником ( рис. 3.7, б), подключим конец X первой обмотки к началу В второй обмотки, конец Y второй обмотки — к началу С третьей обмотки и конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки.  [14]

Страницы:      1    2

Усовершенствованные материалы для обмоток электродвигателей и генераторов

Можно разработать более эффективные и экологически безопасные двигатели, сосредоточив внимание на конструкции двигателя по частям, чтобы определить, где новые материалы или конструкции могут быть использованы для максимального повышения общей эффективности. Повышение эффективности конструкции и эксплуатации двигателя начинается с самого основного, но, возможно, самого важного компонента двигателя: обмоток. Обмоточные материалы часто представляют собой изолированные провода, плотно обернутые вместе в плотную катушку, предназначенную для создания магнитного поля в ответ на электрический ток. Превосходные обмотки электродвигателей могут стать ключом к повышению производительности электродвигателей в будущем. Конечно, потребность в эффективности и улучшенных характеристиках выходит за рамки электродвигателей, а также относится к другим устройствам, требующим плотной обмотки изолированного провода, таким как генераторы, трансформаторы и электромагниты.

Возможность делать двигатели легче и меньше необходима для достижения более высоких показателей энергоэффективности. В этой статье мы сосредоточимся на части обмотки или магнитопровода двигателя и рассмотрим общие или современные материалы, которые используются для этих деталей или которые могут быть использованы в будущем для улучшения веса, прочности, гибкости, теплового / электрического проводимость и стоимость конструкций обмоток двигателей и генераторов.

Медь

Медь является наиболее распространенным выбором для магнитной проволоки из-за ее высокой проводимости и относительно низкой стоимости. Для большинства двигателей, подобных показанному ниже, мы используем медь с очень тонким эмалевым покрытием и плотно наматываем провод, чтобы создать обмотку, которая будет создавать электромагнитное поле для привода двигателя.

Фотография двигателя дрона, показанная выше, дает нам представление о том, сколько меди попадает в двигатель и почему вес материала важен для повышения эффективности двигателя.Если бы мы могли легко уменьшить вес всей этой меди на двигателе и сохранить его выходную мощность, это резко уменьшило бы количество энергии, необходимое для управления дроном. Медь — отличный выбор для обмоток двигателя из-за ее высокой проводимости и относительно невысокой стоимости, но это также очень плотный и тяжелый материал; это еще более серьезная проблема для двигателей, используемых в электромобилях или самолетах, которые должны быть легкими. Медь отлично подходит для большинства двигателей, но, учитывая вес, прочность и стабильность при высоких температурах или других сложных условиях, мы должны рассмотреть некоторые другие потенциально лучшие материалы.

Алюминий

Если бы мы рассматривали только вес, алюминиевый провод был бы отличным выбором для изготовления магнитопровода. Алюминий — это коммерчески доступный вариант магнитного провода, но поскольку он менее проводящий, чем медь, для создания такой же выходной мощности потребуются провода большего диаметра и, соответственно, более крупные двигатели. Кроме того, алюминий более склонен к усталости при изгибе и, вероятно, легче ломается после повторяющихся движений. Еще одним недостатком алюминия является повышенная вероятность коррозии и сложность содержания контактов в чистоте, что приводит к более высокому локальному сопротивлению и возможности теплового отказа в точках соединения.Усовершенствования можно получить, используя комбинацию алюминия с другими металлами для увеличения проводимости, сохраняя тот же физический размер двигателя и ту же выходную мощность, что и у двигателя с медными обмотками, при одновременном уменьшении веса.

Золото и серебро

Провода из золота и серебра обладают низким сопротивлением и более устойчивы к коррозии, чем алюминий или медь; на самом деле серебро проводит электричество немного лучше, чем сама медь. Однако и золото, и серебро существенно дороже меди.Повышенная стоимость и низкая доступность этих материалов затруднит превращение этих материалов в основные магнитопроводы для электромобилей и самолетов

Углеродные нанотрубки (УНТ)

Волокна и пряжа из углеродных нанотрубок привлекли внимание производителей электродвигателей и энергетики благодаря невероятному сочетанию свойств, предлагаемых материалами УНТ. Волокна и пряжа из углеродных нанотрубок предлагают очень гибкий, прочный и легкий вариант для конструкций обмоток двигателей.Углеродные нанотрубки также обладают более высокой проводимостью, чем медь, на молекулярном уровне, хотя еще не было продемонстрировано, что нити УНТ могут достичь такого уровня проводимости в масштабе макроскопических волокон.

Современные волокна из углеродных нанотрубок имеют проводимость на 15-20% от проводимости меди; Учитывая это, необходимы дальнейшие улучшения, прежде чем волокна УНТ смогут стать конкурентоспособным материалом для большинства типов магнитной проволоки. Использование волокон CNT в двигателях, работающих на более высоких частотах, может дать преимущество, поскольку электрические характеристики меди ухудшаются при работе на более высоких частотах по сравнению с волокнами CNT.

Гибкость волокон УНТ значительно превосходит медь, они более сопоставимы с гибкостью текстильных нитей, способных выдерживать миллионы циклов изгиба. В сочетании с высокой прочностью этот уровень гибкости может позволить повысить эффективность упаковки обмоток двигателя и обеспечить более быстрые и надежные методы установки для создания улучшенных конструкций из магнитопроводов. Волокна и пряжа из УНТ также являются самым легким вариантом для магнитной проволоки, поскольку она в 9 раз легче медной проволоки и в 3 раза легче алюминиевой.

Одним из основных недостатков использования нитей CNT в качестве обмоток двигателя является стоимость материала; Эти волокна в настоящее время являются одной из более дорогих альтернатив алюминию и меди и дороже золота и серебра. По мере увеличения спроса на волокна из углеродных нанотрубок и развития технологий производства волокна из углеродных нанотрубок могут начать становиться более конкурентоспособными в области магнитных проводов, если говорить о цене за фунт.

Форма проволоки

Выбор материала играет большую роль в определении подходящего кандидата на магнитную проволоку, но изменение формы проволоки также может раскрыть больший потенциал для повышения эффективности.Форма и состав каждого из материалов, которые мы обсуждали до сих пор, могут быть до некоторой степени изменены; например, большинство материалов для проводки обычно имеют круглое поперечное сечение, но также могут иметь форму пленки или ленты. Основным преимуществом формы ленты является повышенная плотность упаковки по сравнению с круглой проволокой. Более высокая плотность упаковки может привести к более компактному двигателю с той же выходной мощностью; однако эта конструкция имеет некоторые недостатки. Общие проблемы с проводом в формате ленты включают сохранение тепла, гибкость и сложность установки.При правильном сочетании изоляционных материалов гибкость, теплоемкость и прочность пленок из углеродных нанотрубок могут сделать их интересным вариантом для разводки плоских магнитов.

Гибридный провод

Вместо того, чтобы рассматривать только один материал для улучшения магнитной проводки, мы также должны учитывать, что сочетание правильных материалов может дать лучший результат. Не все электродвигатели и генераторы сконструированы одинаково, и не все двигатели и генераторы пытаются выполнять одну и ту же работу; когда мы сравниваем требования к самолетам и требованиям локомотивов, мы видим большое количество различий (одно из них заключается в том, насколько критическим может быть вес двигателя).Единственное требование, которое является универсальным для любого приложения, — это повышение эффективности энергопотребления. Тем не менее, разработчики будущих технологий двигателей должны учитывать потребности каждого отдельного приложения и сохранять непредвзятость в отношении материалов, которые могут обеспечить надлежащий гибридный материал для достижения желаемой цели.

Хорошим примером гибридной проволоки является комбинация медных и углеродных нанотрубок. Эта комбинация материалов может обеспечить провода с термической стабильностью намного выше, чем у одной меди.Для двигателей, которые работают на более высоких частотах и ​​в более высоких диапазонах температур, мы можем увидеть, что композит CNT-Cu может стать следующей версией коммерческой меди в качестве магнитного провода для поддержания эффективности электродвигателей и генераторов, работающих в суровых и сложных условиях.

В видео ниже мы кратко рассмотрим некоторые экспериментальные работы, которые были выполнены в DexMat для создания композитных проводов CNT-Cu. Здесь мы используем процесс гальваники, чтобы покрыть нить углеродных нанотрубок слоем меди.В результате этого процесса получается полезный гибридный материал, сочетающий в себе проводимость металлической меди с прочностью и долговечностью легкой пряжи из углеродных нанотрубок.

Заключение

Быстро улучшающаяся проводимость и превосходные термические свойства нитей и пленок из УНТ в сочетании с их легким весом, высокой прочностью, гибкостью и возможностью комбинирования с другими материалами могут стать следующим большим нововведением в магнитной проволоке для легких двигателей.

Переводчик Wingdings ☜☜☜ — LingoJam

Преобразование обычного английского текста в копируемый и вставляемый текст Wingdings. ☜ ■ & □ ⍓✏

Это простой переводчик, который можно использовать для преобразования текста в Wingdings или Wingdings в текст. Если вы хотите узнать, что означают некоторые крылья, вставьте это в левое поле. Если вы хотите преобразовать текст в шрифт Wingdings, вставьте его в правое поле.

Примечание. Недавно я исправил это, чтобы некоторые символы не отображались как смайлики.

Что такое Wingdings?

Wingdings — это серия символов, реализованная Microsoft в 1990-х годах. Эти символы были упакованы в шрифт, чтобы их можно было легко использовать в текстовых редакторах. Поэтому, когда вы вводите букву на клавиатуре, вместо нее появляется символ Wingdings. Wingdings известен как шрифт «дингбат», потому что орнаментальные символы, называемые дингбатами, часто использовались первопечатниками в эстетических целях.

У оригинального Wingdings есть 3 других варианта: Wingdings 2, Wingdings 3 и Webdings — все они изначально созданы Microsoft.В следующей таблице представлены все распространенные символы Wingdings исходного шрифта (щелкните, чтобы увеличить размер):

Скопируйте и вставьте

Обычно, если вы пытаетесь скопировать и вставить Wingdings, вы не сможете вставить символы Wingdings где угодно — вы просто вставите фактические символы клавиатуры, которые вы набрали. Этот переводчик позволяет фактически копировать и вставлять символы Wingdings из поля справа. Как это работает? Что ж, все это благодаря нашему другу Unicode.

Unicode — это стандарт компьютерной индустрии, который стандартизирует тысячи символов, букв и знаков для большей части соответствующих частей компьютерной индустрии. Большая часть компьютерной индустрии — это веб-браузеры, и, к счастью, они включили в свое программное обеспечение многие из более чем 120 000 символов Юникода.

Консорциум Unicode теперь включил все оригинальные символы Wingdings в стандарт, что позволяет нам фактически выводить символов Unicode и символов в правом поле, которые можно скопировать и вставить в любое место, где поддерживаются символы Unicode.Обратите внимание, что даже несмотря на то, что Unicode включает все оригинальные символы Wingding, это не означает, что ваш веб-браузер еще полностью их реализовал, поэтому некоторые символы могут не работать .

П.С. Если вы здесь, чтобы сгенерировать переводы wingdings для языка WD Gaster из Undertale, убедитесь, что вы используете заглавные буквы!

Кроме того, вас могут заинтересовать смайлики Facebook — это огромный список всех смайликов, которые вы можете использовать в своих сообщениях и чатах на Facebook, с возможностью поиска.И я сделал «Переводчик эмодзи», который вы, возможно, захотите проверить. Наконец, я сделал переводчик текстовых символов, который включает в себя огромный список смайликов, которые вы можете копировать и вставлять.

↓ Подробнее … ↓

Синхронный генератор

как ветроэнергетический генератор

Синхронный генератор как ветрогенератор Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 08.03.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии

Синхронный генератор в качестве ветряного генератора

Как и генератор постоянного тока в предыдущем учебном пособии, работа синхронного генератора также основана на законе электромагнитной индукции Фарадея, который работает аналогично генератору переменного тока автомобильного типа. .

Разница на этот раз заключается в том, что синхронный генератор генерирует трехфазное выходное напряжение переменного тока на своих обмотках статора, в отличие от генератора постоянного тока, который выдает одиночный выходной сигнал постоянного или постоянного тока. Однофазные синхронные генераторы также доступны для маломощных бытовых систем синхронных генераторов ветряных турбин.

По сути, синхронный генератор представляет собой синхронную электромеханическую машину, используемую в качестве генератора и состоящую из магнитного поля на вращающемся роторе и неподвижного статора, содержащего несколько обмоток, обеспечивающих генерируемую мощность. Система магнитного поля ротора (возбуждение) создается либо с помощью постоянных магнитов, установленных непосредственно на роторе, либо с помощью электромагнитного возбуждения от внешнего постоянного тока, протекающего в обмотках возбуждения ротора.

Этот постоянный ток возбуждения передается на ротор синхронной машины через контактные кольца и угольные или графитовые щетки. В отличие от предыдущей конструкции генератора постоянного тока, синхронные генераторы не требуют сложной коммутации, что позволяет использовать более простую конструкцию. Тогда синхронный генератор работает аналогично автомобильному генератору переменного тока и состоит из двух следующих общих частей:

Основные компоненты синхронного генератора

• Статор: — Статор несет три отдельных (3-фазных) обмотки якоря физически и электрически смещены друг относительно друга на 120 градусов, создавая на выходе переменное напряжение.
• Ротор: — Ротор несет магнитное поле либо в виде постоянных магнитов, либо в виде катушек намотанного поля, подключенных к внешнему источнику постоянного тока через контактные кольца и угольные щетки.

Говоря о «синхронном генераторе», терминология, используемая для описания частей машин, является обратной по сравнению с описанием генератора постоянного тока. Обмотки возбуждения — это обмотки, создающие основное магнитное поле, которые являются обмотками ротора для синхронной машины, а обмотки якоря — это обмотки, в которых индуцируется основное напряжение, обычно называемые обмотками статора.Другими словами, для синхронной машины обмотки ротора являются обмотками возбуждения, а обмотки статора — обмотками якоря, как показано.

Конструкция синхронного генератора

В приведенном выше примере показана базовая конструкция синхронного генератора, который имеет двухполюсный ротор с выпуклой фазой. Эта обмотка ротора подключена к источнику постоянного напряжения, создающему ток возбуждения I _f . Внешнее напряжение возбуждения постоянного тока, которое может достигать 250 вольт постоянного тока, создает электромагнитное поле вокруг катушки со статическими северным и южным полюсами.

Когда вал ротора генератора вращается лопатками турбины (первичный двигатель), полюса ротора также будут перемещаться, создавая вращающееся магнитное поле, поскольку северный и южный полюса вращаются с той же угловой скоростью, что и лопатки турбины (при условии прямого водить машину). Когда ротор вращается, его магнитный поток разрезает отдельные катушки статора одну за другой, и по закону Фарадея в каждой катушке статора индуцируется ЭДС и, следовательно, ток.

Величина напряжения, индуцированного в обмотке статора, как показано выше, является функцией напряженности магнитного поля, которая определяется током возбуждения, скоростью вращения ротора и количеством витков в обмотке статора.Поскольку синхронная машина имеет три обмотки статора, в обмотках статора генерируется трехфазное напряжение, соответствующее обмоткам A, B и C, которые электрически разнесены на 120 ^o , и это показано выше.

Эта трехфазная обмотка статора подключена непосредственно к нагрузке, и, поскольку эти катушки неподвижны, им не нужно проходить через большие ненадежные контактные кольца, коммутатор или угольные щетки. Кроме того, поскольку основные катушки, генерирующие ток, неподвижны, это облегчает наматывание и изоляцию обмоток, поскольку они не подвергаются вращательным и центробежным силам, что позволяет генерировать более высокие напряжения.

Синхронный генератор на постоянных магнитах

Как мы видели, синхронные машины с возбужденным полем требуют возбуждения постоянного тока в обмотке ротора. Это возбуждение осуществляется с помощью щеток и контактных колец на валу генератора. Однако есть несколько недостатков, таких как необходимость регулярного обслуживания, очистки от угольной пыли и т. Д. Альтернативный подход заключается в использовании бесщеточного возбуждения, при котором вместо электромагнитов используются постоянные магниты.

Как следует из названия, в синхронном генераторе с постоянными магнитами (PMSG) поле возбуждения создается с помощью постоянных магнитов в роторе.Постоянные магниты могут быть установлены на поверхности ротора, встроены в поверхность или установлены внутри ротора. Воздушный зазор между статором и ротором уменьшен для максимальной эффективности и минимизации необходимого количества материала редкоземельного магнита. Постоянные магниты обычно используются в маломощных недорогих синхронных генераторах.

Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов (60 или более полюсов) по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.Кроме того, реализация возбуждения с помощью постоянных магнитов проще, долговечнее, но не позволяет управлять возбуждением или реактивной мощностью. Одним из основных недостатков синхронных генераторов ветряных турбин с постоянными магнитами является то, что без управления потоком ротора они достигают своего максимального КПД только при одной заданной скорости ветра.

Синхронная скорость генераторов

Частота выходного напряжения зависит от скорости вращения ротора, другими словами, от его «угловой скорости», а также от количества отдельных магнитных полюсов на роторе.В нашем простом примере выше синхронная машина имеет два полюса: один северный полюс и один южный полюс. Другими словами, машина имеет два отдельных полюса или одну пару полюсов , (север-юг), также известные как пары полюсов.

Когда ротор совершает один полный оборот, 360 ^o , генерируется один цикл наведенной ЭДС, поэтому частота будет один цикл за каждый полный оборот или 360 ^o . Если мы удвоим количество магнитных полюсов до четырех (две пары полюсов), то при каждом обороте ротора будут генерироваться два цикла наведенной ЭДС и так далее.

Поскольку один цикл наведенной ЭДС создается одной парой полюсов, количество циклов ЭДС, возникающих за один оборот ротора, будет, следовательно, равно количеству пар полюсов P. Итак, если количество циклов на один оборот ротора число оборотов задается как: P / 2 относительно числа полюсов, а число оборотов ротора N в секунду задается как: N / 60, тогда частота (ƒ) наведенной ЭДС будет определяться как:

In В синхронном двигателе его угловая скорость фиксируется частотой питающего напряжения, поэтому N обычно называют синхронной скоростью.Тогда для синхронного генератора с P-полюсом скорость вращения первичного двигателя (лопаток турбины) для получения требуемой выходной частоты наведенной ЭДС 50 Гц или 60 Гц будет:

При 50 Гц

Количество отдельных полюсов	2	4	8	12	24	36	48
Скорость вращения (об / мин)	3000	3,000		250	167	125

при 60 Гц

Число отдельных полюсов

2

4

8

12

24

36 Скорость вращения (об / мин)

3,600

1,800

900

600

300

200

150

Таким образом, для данного s В синхронном генераторе, сконструированном с фиксированным числом полюсов, генератор должен приводиться в действие с фиксированной синхронной скоростью, чтобы поддерживать постоянную частоту наведенной ЭДС на требуемом уровне, 50 Гц или 60 Гц для питания сетевых устройств.Другими словами, частота создаваемой ЭДС синхронизируется с механическим вращением ротора.

Затем сверху мы можем видеть, что для генерации 60 Гц с использованием 2-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 3600 об / мин, или для генерации 50 Гц с помощью 4-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 1500 об / мин. мин. Для синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателем или парогенератором, эта синхронная скорость может быть легко достигнута, однако при использовании в качестве синхронного генератора ветровой турбины это может быть невозможно, поскольку скорость и мощность ветра постоянно меняется.

Из нашего предыдущего руководства по проектированию ветряных турбин мы знаем, что все ветряные турбины выигрывают от работы ротора с оптимальным передаточным числом . Но чтобы получить TSR от 6 до 8, угловая скорость лопастей обычно очень мала, от 100 до 500 об / мин, поэтому, глядя на наши таблицы выше, нам потребуется синхронный генератор с большим количеством магнитных полюсов, например, 12 или выше.

Но кроме этого, потребуется некоторая форма механического ограничителя скорости, такая как бесступенчатая трансмиссия или вариатор, чтобы лопасти ротора вращались с постоянной максимальной скоростью для системы ветряных турбин с прямым приводом.Однако для синхронной машины, чем больше у нее полюсов, тем больше, тяжелее и дороже становится машина, что может быть приемлемым или неприемлемым.

Одним из решений является использование синхронной машины с небольшим числом полюсов, которая может вращаться с более высокой скоростью от 1500 до 3600 об / мин, приводимой в действие через коробку передач. Низкая скорость вращения лопастей ротора ветряных турбин увеличивается за счет редуктора, который позволяет скорости генератора оставаться более постоянной при изменении скорости лопастей турбины, поскольку изменение на 10% при 1500 об / мин представляет меньшую проблему, чем изменение на 10% при 100 об / мин.Этот редуктор может согласовывать частоту вращения генератора с регулируемой частотой вращения лопастей, обеспечивая работу с регулируемой скоростью в более широком диапазоне.

Однако использование коробки передач или шкивов требует регулярного технического обслуживания, увеличивает вес ветряной турбины, создает шум, увеличивает потери мощности и снижает эффективность системы, поскольку требуется дополнительная энергия для привода зубчатых колес редуктора и внутренних компонентов.

Использование системы прямого привода без механической коробки передач дает много преимуществ, но отсутствие коробки передач означает более крупную синхронную машину с увеличением как размера, так и стоимости генератора, который затем должен работать на низких скоростях.Итак, как мы можем использовать синхронный генератор в низкоскоростной ветряной турбине, скорость лопастей ротора которой определяется только силой ветра. Путем выпрямления генерируемого трехфазного источника питания в источник постоянного или постоянного тока.

Синхронные генераторные выпрямители

Диодные выпрямители — это электронные устройства, используемые для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Выпрямляя выходную мощность синхронного генератора в источник постоянного тока, генератор ветровой турбины может работать на других скоростях и частотах, отличных от его фиксированной синхронной скорости.

Это позволяет преобразовывать выходную переменную частоту и переменное напряжение генератора в постоянное напряжение переменного уровня. Выпрямляя выход из переменного тока в постоянный, генератор теперь можно использовать как часть ветряных систем с зарядкой аккумуляторов или как часть ветроэнергетической системы с регулируемой скоростью. Затем синхронный генератор переменного тока преобразуется в генератор постоянного тока.

В простейшем типе выпрямительной схемы используется схема диодного моста для преобразования переменного тока, генерируемого генератором, в переменный источник постоянного тока, амплитуда которого определяется скоростью вращения генератора.В этой схеме выпрямителя синхронного генератора, показанной ниже, трехфазный выход генератора выпрямляется до постоянного тока с помощью трехфазного выпрямителя.

Схема выпрямителя генератора

Принципиальная схема полномостового трехфазного выпрямителя переменного тока в постоянный показана выше. В этой конфигурации ветряная турбина может работать с генератором на частоте, не зависящей от синхронной частоты, поскольку изменение скорости генератора изменяет частоту генератора. Следовательно, можно изменять скорость генератора в более широком диапазоне и работать с оптимальной скоростью для получения максимальной мощности в зависимости от фактической скорости ветра.

Обратите внимание, что выходное напряжение трехфазного мостового выпрямителя не является чистым постоянным током. Выходное напряжение имеет уровень постоянного тока вместе с большим изменением переменного тока. Эта форма волны обычно известна как «пульсирующий постоянный ток», который можно использовать для зарядки аккумуляторов, но нельзя использовать в качестве удовлетворительного источника постоянного тока. Чтобы удалить эту пульсацию переменного тока, используется фильтр или схема сглаживания. В этих схемах сглаживания или схемах фильтров пульсаций используются комбинации индукторов и конденсаторов для создания плавного постоянного напряжения и тока.

При использовании как части системы, подключенной к сети, синхронные машины могут быть подключены к сети только в том случае, если их частота, фазовый угол и выходное напряжение такие же, как у сетей, другими словами, они вращаются синхронно. скорость, как мы видели выше. Но, выпрямляя их переменное выходное напряжение и частоту в стабильный источник постоянного тока, мы теперь можем преобразовать это напряжение постоянного тока в источник переменного тока правильной частоты и амплитуды, согласованный с сетью электросети, используя либо однофазный, либо трехфазный. фазоинвертор.

Инвертор — это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC) в электричество переменного тока (AC), которое может подаваться непосредственно в электрическую сеть, поскольку подключенные к сети инверторы работают синхронно с электросетью и производят идентичную электроэнергию. к электросети. Подключенные к сети синусоидальные инверторы для ветряных систем выбираются с входным диапазоном, который соответствует выпрямленному выходному напряжению турбины.

Тогда преимущество непрямого подключения к сети состоит в том, что ветряная турбина может работать с переменной скоростью.Еще одно преимущество выпрямления выходного сигнала генератора состоит в том, что ветряные турбины с синхронными генераторами, которые используют электромагниты в конструкции ротора, могут использовать этот постоянный ток для питания обмоток катушки вокруг электромагнитов в роторе. Однако недостатком непрямого подключения к сети является стоимость, поскольку системе требуется инвертор и два выпрямителя, один для управления током статора, а другой для генерации выходного тока, как показано ниже.

Схема синхронного генератора

Краткое содержание руководства

Синхронный генератор с фазным ротором уже используется в качестве ветрогенератора, но одним из основных недостатков синхронного генератора может быть его сложность и стоимость.Безредукторные генераторы с прямым приводом — это очень медленно вращающиеся синхронные генераторы с большим количеством полюсов для достижения их синхронной скорости. Генераторы с меньшим числом полюсов имеют более высокие скорости вращения, поэтому требуется коробка передач или трансмиссия, увеличивающая стоимость.

Синхронные генераторы вырабатывают электричество, основная выходная частота которого синхронизирована со скоростью вращения ротора. Генераторам, подключенным к сети, требуется постоянная фиксированная скорость для синхронизации с частотой электросети, и необходимо возбуждать обмотку ротора с помощью внешнего источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток.

Основным недостатком одной операции с фиксированной скоростью является то, что она почти никогда не улавливает энергию ветра с максимальной эффективностью. Энергия ветра тратится впустую, когда скорость ветра выше или ниже определенного значения, выбранного в качестве синхронной скорости.

В ветряных турбинах с регулируемой частотой вращения используются выпрямители и инверторы для преобразования переменного напряжения, переменной частоты на выходе синхронного генератора в фиксированное напряжение, фиксированную частоту 50 Гц или 60 Гц на выходе, требуемую энергосистемой общего пользования.Это позволяет использовать синхронные генераторы с постоянными магнитами, снижая их стоимость. Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов, составляющее 60 или более полюсов, по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.

В следующем руководстве по ветровой энергии и генераторам ветряных турбин мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой индукционным генератором, также известной как «асинхронный генератор», который также может использоваться для генерации В трехфазную сеть подключено электричество переменного тока.

Чтобы узнать больше о «Синхронных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных имеющихся ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования синхронных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, щелкните здесь, чтобы получите копию одной из лучших книг по синхронным генераторам и двигателям прямо на Amazon.

Наиболее продаваемые сопутствующие товары для синхронных генераторов

Трехфазный генератор

— обзор

2.2.19 Трехфазные генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока сконструированы с постоянным переменным током. система обмотки и вращающегося поля. Это уменьшает количество требуемых контактных колец до двух, и они должны пропускать только возбуждающий поле ток, а не генерируемый ток. Таким образом упрощается конструкция и сводятся к минимуму потери в контактных кольцах. Кроме того, более простая конструкция позволяет использовать более прочную изоляцию и, как следствие, генерировать гораздо более высокие напряжения. Прочная механическая конструкция ротора также означает, что возможны более высокие скорости и значительно более высокая выходная мощность может генерироваться с помощью генератора переменного тока.Простая форма трехфазного генератора изображена на рисунке 2.47.

Рисунок 2.47. Простой трехфазный генератор

Три катушки на статоре смещены на 120 °, а ротор, который является явнополюсным, питается через два контактных кольца с постоянным током. Текущий. Поскольку ротор приводится в действие первичным двигателем, создается вращающееся магнитное поле, и ЭДС, генерируемые в катушках, будут смещены со сдвигом фазы на 120 °. Величина генерируемых напряжений зависит от магнитного потока, создаваемого ротором, количества витков на катушках статора и скорости вращения ротора.Скорость ротора также будет определять частоту генерируемого напряжения.

Характеристики холостого хода и нагрузки генератора переменного тока очень похожи на характеристики генератора постоянного тока. отдельно возбужденный генератор (рисунки 2.28 и 2.29 соответственно). При работе с постоянной скоростью напряжение на клеммах имеет падающую характеристику, причем уменьшение напряжения на клеммах происходит из-за сопротивления «якоря» и эффектов реактивного сопротивления. Для генератора переменного тока термин «якорь» означает обмотки статора.

По мере увеличения нагрузки на генератор переменного тока скорость первичного двигателя падает. Это недопустимая ситуация, потому что скорость контролирует частоту генерируемого напряжения. Для поддержания постоянной частоты первичный двигатель должен работать с постоянной скоростью во всем диапазоне ожидаемых нагрузок. Это особенно важно, когда многие генераторы переменного тока должны работать параллельно для питания распределительной системы, такой как Национальная энергосистема. В таких случаях первичные двигатели всегда регулируются по скорости, а выходное напряжение регулируется в соответствии с номинальными значениями.В Великобритании генераторы переменного тока обычно представляют собой двухполюсные машины, работающие со скоростью 3000 об / мин для выработки номинальной частоты 50 Гц. В США большая часть потребляемой электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Гидравлические турбины, используемые в этих установках, представляют собой довольно тихие машины, а генераторы переменного тока с прямым приводом оснащены несколькими полюсами для обеспечения номинальной частоты 60 Гц. Например, генератор, работающий со скоростью 240 об / мин, должен иметь 30 полюсов, чтобы обеспечить номинальную выходную частоту.

Создание вращающегося магнитного поля можно также активировать с помощью трех смещенных на 120 ° катушек ротора, питаемых трехфазным током. Скорость вращения поля связана с частотой токов, то есть

(2,80) Ns = f × 60 Число пар полюсов

, где N _s — скорость поля (об / мин) и f — частота питающих токов. Скорость вращающегося поля называется «синхронной скоростью», и для эквивалентной пары полюсов (т.е.е. три катушки) это 3000 об / мин при частоте питающих токов 50 Гц.

Использование переменного тока возбужденные катушки ротора для создания вращающегося магнитного поля упрощают механическую конструкцию ротора и значительно облегчают динамическую балансировку машины. Дополнительным преимуществом является то, что форма волны генерируемого напряжения улучшается. Переменный ток Метод возбуждения поля широко используется в генераторах переменного тока большой мощности. Роторы с явными полюсами обычно используются только в машинах меньшего размера.

Численный анализ поля потока в области торцевой обмотки генератора

Охлаждение в области торцевой обмотки мощного крупногабаритного генератора все еще остается проблемой сегодня из-за ряда факторов: большее количество деталей / компоненты с нерегулярной геометрией, сложность путей охлаждающих потоков, разделение и перемешивание потоков, а также взаимодействие между вращающимися потоками, вызванными ротором, и невращающимися потоками из стационарных секций. Одна из ключевых задач заключается в моделировании охлаждающих потоков, проходящих через стержни якоря, которые состоят из пучков жил изолированных медных проводов, изогнутых в противоположных направлениях для пересечения друг с другом.В этой работе удалось смоделировать сложную область торцевой обмотки генератора с большими усилиями по упрощению модели, рассматривая область стержня якоря как пористую среду. Поля потока и давления в области торцевой намотки были исследованы численно с использованием аксиально-симметричной модели вычислительной гидродинамики (CFD). На основе анализа была определена скорость охлаждающего потока на каждом ответвлении потока (зазор ротора-статора, подслот ротора, внешний пространственный блок и небольшие вентиляционные отверстия в теплообменнике), а также определены зоны градиента высокого давления.Результаты CFD успешно использовались для оптимизации конфигурации проточного тракта для улучшения рабочих характеристик генератора и управления охлаждающим потоком, а также для минимизации потерь на ветер и создаваемых потоком шумов.

1. Введение

Номинальная выходная мощность мощного крупногабаритного генератора часто ограничивается возможностью подачи дополнительного тока через обмотки статора и ротора из-за температурных ограничений, накладываемых на изоляцию электрического проводника.Следовательно, эффективное охлаждение статора и обмотки ротора напрямую влияют на выходную мощность генератор. Это особенно верно в области торцевой обмотки генератора, где конфигурация пути охлаждающего потока значительно усложняется. Поскольку преобладающие рыночные тенденции требуют более высокой эффективности, более высокой надежности, более низкой стоимости и большей удельной мощности генераторов, охлаждение концевой области обмотки стало ограничивающим фактором для номинальной выходной мощности генератора.

Система охлаждения генератора используется для поддержания обмоток статора и ротора до допустимых рабочих температур.Во время нормальной работы генератора в генераторе выделяется тепло, в основном из-за ветра и трения, протекания электрического тока и изменяющихся во времени магнитных полей в магнитных структурах. Нагрев трением происходит, когда ротор вращается в генераторе с высокой скоростью. Точно так же нагрев также происходит, когда ток течет через катушки ротора и статора, поскольку эти катушки вращаются относительно друг друга в магнитных полях генератора. Потери в магнитной цепи возникают из-за изменения магнитных полей со временем в проницаемых материалах, таких как сердечник статора и полюса ротора синхронного генератора [1].Генераторы условно оборудованы системами охлаждения для передачи тепла от генератора с охлаждающая среда, такая как воздух или водород.

В зависимости от конфигурации охлаждающего потока системы охлаждения можно в первую очередь разделить на два типа. Чаще всего используется в Энергетика — это система охлаждения с прямоточным потоком, в которой охлаждающий газ поступает от вентиляторов и проходит по параллельным путям одновременно к статору и ротору. Другой тип — это системы охлаждения с обратным потоком, которые разрабатываются с 1980-х годов.В Основным преимуществом использования реверсивного потока является характерная высокая эффективность охлаждения и повышенная мощность концевых витков ротора. В конфигурации с обратным потоком охлаждающий газ течет непосредственно от охладителей к ротору, не проходя через вентилятор, и охлаждающий газ не поглощает тепла, кроме части потерь сердечника в ярме. Следовательно, он предлагает охлаждающий газ при более низких температурах, невозможных с помощью других известных вентиляционных устройств. Однако вентиляция с обратным потоком также приводит к более длинной машине и несколько большей сложности в концевой области генератора [2].

Типичная система охлаждения с прямоточным потоком показана на рисунке 1. Поскольку генератор симметричен относительно его горизонтальной и вертикальной осевых линий, необходимо исследовать только четверть генератора. Из рисунка 1 видно, что в конфигурации потока используются осевые вентиляторы на каждом конце ротора, которые подают охлаждающий поток. Охлаждающий газ, выходящий из вентилятора, разделяется на четыре ветви потока: зазор ротор-статор, подслот ротора, блок внешнего пространства и вентиляционные отверстия теплообменника.Когда охлаждающий газ выходит из вентилятора и приближается к ротору, вращающиеся поверхности ускоряют газ до скорости ротора. Это помогает прокачивать охлаждающий газ, проходящий через стержни якоря, а также зазор между газовой защитой и стержнями якоря. Охлаждающий поток разделяется в передней части центрирующего кольца и попадает в зазор ротор-статор и зазор ротор-статор соответственно. Охлаждающий газ в подслоте ротора охлаждает сердечник ротора, проходя через радиальные охлаждающие каналы ротора, и смешивается с охлаждающим газом в зазоре ротор-статор.Затем смешанный газ проходит через сердечник статора в радиальном направлении наружу. Поскольку горячий газ ротора существенно влияет на температуру сердечника статора, распределение охлаждающего газа через ротор и статор должно быть тщательно спроектировано. Кроме того, чтобы наилучшим образом охладить концы стержней якоря около заглушек последовательного контура, необходимо тщательно определить зазор, образованный между краями стержней якоря и концом газовой защиты, чтобы контролировать скорость охлаждающего потока через него.

Концевые области обмотки расположены на каждом конце генератора.В этой области находится большое количество деталей и компонентов, включая вентилятор, который нагнетает холодный газ в генератор, газовый экран, определяющий канал для поступающего холодного газа, стержни якоря, стопорное кольцо, центрирующее кольцо, ротор. концевые обмотки, силовые соединительные кольца и фланец статора. В результате поле течения в этой области равно значительно сложный. В случае крупногабаритных и мощных генераторов охлаждающий поток в области концевой обмотки привлекает особое внимание, поскольку он может привести к локальным горячим точкам на стержнях концевой обмотки и большим потерям на ветровую вентиляцию.Фактически, то, насколько хорошо охлаждается обмотка якоря генератора, оказывает значительное влияние на общий размер синхронного генератора [3].

Целью данной работы является исследование полей потока и давления в области торцевой обмотки генератора. Результаты исследования были успешно использованы при оптимизации конструкции и интеграции конструкции высокоэффективных генераторов с водородным охлаждением.

2. Математическая формула

Система охлаждения, показанная на рисунке 1, отличается от большинства обычных систем охлаждения генератора тем, что применяет однократную схему охлаждения.При такой схеме охлаждающий газ проходит через охлаждающие прорези ротора и статора. Затем отработанный охлаждающий газ из ротора будет смешиваться с охлаждающим газом статора, чтобы вместе охладить статор. Таким образом, охлаждающий газ циркулирует в замкнутом контуре внутри генератора и охлаждается за счет теплообмена газ-вода. Поскольку прямоточная схема охлаждения требует меньшего расхода охлаждающего потока по сравнению с другими схемами охлаждения, она приводит к упрощенной конструкции рамы.

Водород используется в качестве охлаждающей среды в настоящей работе из-за его превосходных теплофизических свойств (например,г., высокая теплоемкость и термическая проводимость, низкая плотность и т. д.). Более высокая эффективность водорода в качестве охлаждающей среды позволяет уменьшить размер на 20–30% по сравнению с машиной с воздушным охлаждением аналогичной мощности.

Поскольку условия работы генератора указаны в спецификации, требуемый расход охлаждающего газа в первую очередь определяется выходной мощностью, ограничениями температуры на обмотках ротора и статора, а также общими потерями в генераторе. В текущей конструкции общий объемный расход на каждом охлаждающем вентиляторе составляет приблизительно 34 500 галлонов в минуту (галлонов в минуту).Тепловые свойства водорода чистотой 98% представлены в Приложении.

2.1. Управляющие уравнения

Расширенная ренормализационная группа (ГСЧ) — турбулентная модель была применена в этом анализе, поскольку модель предоставляет возможность учитывать эффекты вращения путем соответствующего изменения турбулентной вязкости. Процедура ГСЧ использует динамическое масштабирование и инвариантность вместе с итерационными методами возмущений, что позволяет оценивать коэффициенты переноса и уравнения переноса для крупномасштабные режимы.Модель ГСЧ была получена из мгновенные уравнения Навье-Стокса и оказались особенно подходящими для решения задач с вращающимся или закрученным потоком [4–6].

Предполагается, что все тепловые свойства охлаждающего потока постоянны. Следовательно, установившееся осесимметричное несжимаемое турбулентное течение регулируется уравнениями модели непрерывности, импульса и турбулентности в тензорных обозначениях следующим образом: где — модули тензора скорости деформации, и — обратное число Прандтля для и, соответственно, и — турбулентная и эффективная вязкость соответственно, Последний член в (4) — это термин скорости деформации, определяемый как куда , , .Обратите внимание, что константы модели и получены из теории ГСЧ и определяются экспериментально. Постоянные значения:,,,.

2.2. Граничные условия

Граничные условия включают в себя условия на входе потока на выходе охлаждающего вентилятора, три граничных условия давления на выходе потока (, и на рисунке 1), скорость вращения ротора и границы без проскальзывания на всех поверхностях стационарные компоненты. Условия на входе потока были получены из отдельной CFD-модели для представления профилей скорости на выходе охлаждающего вентилятора (Приложение).Границы давления, расположенные в середине вентиляционного пространства до первого нагрева теплообменник ( p ₁ ), вход зазора ротора и статора и вход подслота ротора ( p ₃ ) были получены непосредственно из системы экспорта проекта генератора, которая использует одномерные сети для определения требуемого расхода на каждой охлаждающей ветви. Для генератора 60 Гц частота вращения ротора составляет 3600 об / мин (377 рад / с).

2.3. Численная методология

Коммерческий CFD-код FLUENT / UNS [7] использовался для моделирования турбулентного потока в области торцевой обмотки генератора, чтобы получить представление о деталях характеристик потока в этой области.Этот код успешно использовался при анализе охлаждения для различных генераторов [8–10].

Общее качество сеток имеет первостепенное значение для прогнозирования распределения потоков в этой сложной вычислительной области. В Для этого анализа использовались неструктурированные треугольные сетки. Чтобы повысить точность численных результатов без значительного снижение эффективности и оптимизация использования имеющихся вычислительных ресурсов, метод локального измельчения сетки использовался на твердых поверхностях и в областях с высокими градиентами давления.Принимая во внимание эту стратегию во время создания сетки, необходимо найти разумный компромисс между высоким пространственным разрешением и эффективностью, например, требованием к процессору и памяти. В пристеночной области при анализе использовались неравновесные пристеночные функции.

Для достижения более стабильных и точных результатов скорость вращения изначально была установлена ​​на очень низкое значение (рад / с) и увеличивалась небольшими приращениями до тех пор, пока достижение нормальной рабочей скорости вращения рад / с.Параметр недостаточной релаксации был установлен на 0,3 для давления, 0,60–0,90 для импульса и. Алгоритмы дискретизации второго порядка использовались, чтобы уменьшить количество искусственной диссипации, вносимой численными вычислениями. Влияние изменения коэффициентов недостаточной релаксации для различных переменных, различных конвективных схем и размеров сетки на сходимость решения для турбулентных течений было подробно рассмотрено Барроном и Нейшабури [11].

В этом анализе предполагалось, что сходимость удовлетворяется, когда максимальная сумма нормализованных остатков во всех уравнениях была уменьшена менее чем на.Все расчеты проводились на Hewlett Packard Workstation 785 / C3600.

2.4. Области пористой среды

Катушки обмотки статора состоят из пучков жил изолированной медной проволоки и встроены в пазы сердечника статора. В области концевой намотки обмотки статора на внутреннем и внешнем слоях изогнуты противоположно, чтобы пересекать друг друга (рис. 2). Концы катушек спаяны вместе, образуя стержневые выводы, обеспечивающие пути прохождения электрического тока. Для защиты выводов шины каждый вывод закрывается заглушкой-петлей.Стержни якоря поддерживаются опорной системой, включающей опоры обмотки статора и связывающие ленты с внешней стороны концевых обмоток статора, а также связывающие кольца между двумя слоями обмотки.

Конструкция торцевых обмоток статора показана на рис. 3. Стержни якоря скреплены стяжными лентами (не показаны) и стяжными кольцами с помощью стяжных шнуров из стекловолоконной ленты. Между заглушками последовательных петель используются блоки заглушек последовательной петли для обеспечения механической поддержки стержней арматуры.Согласно схемам течения на стержнях якоря выделяют девять зон течения с различными характеристиками потока.

Как обсуждалось выше, охлаждающие потоки, проходящие через стержни якоря, являются значительно сложными. Эффективный способ упростить анализ — рассматривать стержни арматуры как пористую среду, то есть поток, проходящий через стержни (который имеет открытую только часть площади проходного сечения), эквивалентен потоку, проходящему через пористую среду ( который имеет 100% открытую площадь проходного сечения) с идентичным массовым расходом и перепадом давления [12], то есть Вводя коэффициент потерь, который определяется как следует, что Применяя (10) к (7), получаем то есть , При расчете потоков пористой среды вводится важный параметр, который определяется как отношение фактического открытого сечения к общему проходному сечению (100% открытое), Уравнение (8) можно переписать как Следовательно, связь между отношением скоростей и может быть определена как Подставляя (15) в (12), получаем Таким образом, коэффициент инерционного сопротивления пористой среды, определяемый как коэффициент потери давления на единицу длины, можно определить как где Δ L — длина, проходящая через среду в направлении потока.

Таким образом, с помощью (13), (16) и (17) характеристики потока могут быть получены в каждой зоне пористого потока стержней якоря (см. Рисунок 3). Путем интеграции параметров пористой среды в CFD-модель определяются поля скорости и давления в области концевой намотки.

3. Численные результаты

3.1. Поля потока и давления

На входе осевого потока из области нагнетания вентилятора охлаждающий поток проходит через кольцевое ограничение между стопорным кольцом ротора и концом сердечника статора.На рис. 4 показаны типичные поля скорости в области торцевой намотки. Подобно падающей струе, осевой охлаждающий поток разделяется на две ветви, когда он ударяется о стопорное кольцо и центральное кольцо: одна поворачивает вверх к стержням концевой намотки, а другая поворачивает две на 90 градусов, чтобы попасть в подслот ротора. Из-за высокого сопротивления потоку стержней концевой намотки, хотя небольшая часть охлаждающего потока проходит через эти стержни, основной поток снова разделяется в противоположных направлениях вдоль края стержней концевой намотки.Основная часть газа направляется к зазору статор-ротор, а другая — к крышкам последовательного контура. Как показано на рисунке 4, зазор между стержнями якоря и газовой защитой используется для регулирования расхода для охлаждения выводов стержня статора. Однако из-за наличия блока сплошного последовательного контура охлаждающий поток не мог достигать верхней части последовательного контура, оставляя зону неохлаждаемой. Кроме того, он также ослабило охлаждение соединительных колец.

Изолинии статического давления в области торцевой обмотки представлены на рисунке 5.Можно видеть, что градиент высокого давления, который связан с высоким перепадом давления, возникает на входе в зазор между статором и ротором, на входе в подслот ротора, на внешней стороне удерживающего кольца и в проточном зазоре между газовой защитой. и стержни арматуры. Эти градиенты высокого давления могут привести к большие потери на парусность.

На рисунке 6 представлено динамическое давление. контуры в области торцевой намотки. Поскольку динамическое давление пропорционально, его распределение аналогично изображенному на рисунке 4.Наибольшее динамическое давление возникает на входе потока вентилятора. Это ясно показывает, что неохлаждаемая зона появляется в верхней части крышки последовательного контура. Когда поток проходит через перегородку пространственного блока, он вызывает большой перепад давления.

3.2. Распределение расхода

Одна из основных целей этой работы — найти распределение охлаждающего потока через все четыре ветви потока, включая: поток, проходящий через зазор ротора-статора, подслот ротора, вентиляционные отверстия в охладитель и внешнее пространство. блокировать.Сравнение распределения потока между одномерной сетевой моделью и моделью CFD приведено в Таблице 1. Можно видеть, что за исключением потока через внешний пространственный блок, различия между ними составляют менее ± 6,5%. Поскольку расход через блок внешнего пространства составляет небольшую часть от общего расхода (6-7%), он мало влияет на охлаждение генератора в целом.

9018 9018 9018 9018 9018 9019 Отвод потока Модель сети 1D (%) Модель CFD (%) Вентиляционное отверстие к охладителю 9.71 10,33 Блок наружного пространства 5,67 7,55 Воздушный зазор между статором и ротором 56,45 54,94

3.3. Профили скорости по краям нижних стержней якоря

На рисунках 7 (a) –7 (c) представлены профили составляющих скорости вдоль нижних кромок стержней якоря с начальной точкой в ​​основании стержней якоря (см. Красную линию на рис. Рисунок 1).Фигура 7 (а) демонстрирует распределение осевой скорости, которое показывает, что минимальная (отрицательная) осевая скорость возникает около основания стержня, а максимальная (положительная) — в газовом зазоре между газовой защитой и стяжкой стержня (дросселирование потока). Как обсуждалось ранее, это связано с тем, что гидравлическое сопротивление стержня довольно велико, поскольку охлаждающий газ ударяет по стержням якоря, он разделяется в противоположных направлениях по краям стержня. Распределение радиальной скорости смещено на рисунке 7 (б). В основании стержня, который находится рядом с входом в зазор ротора и статора, радиальный поток отрицательный из-за всасывающего эффекта газового потока через кольцевой зазор между ротором и статором.После второй перемычки радиальная скорость становится положительной. Скорость закрутки на нижнем крае стержней якоря обусловлена ​​вращением ротора. В отличие от осевой и лучевой скоростей, скорость закрутки более однородна; отрицательных значений не наблюдается (рисунок 7 (c)). Во всех случаях компоненты скорости исчезают в точках крепления стержней.

4. Оптимизация конструкции

Ветровая нагрузка — это термин, обычно используемый для обозначения потерь из-за сопротивления жидкости вращающемуся телу.Для роторов с высокими окружными скоростями трение воздуха (то есть парусность) на поверхностях ротора значительно велико, и, следовательно, уменьшение потерь на ветер очень желательно в связи с растущим развитием высокоскоростного турбомашинного оборудования.

Ветровые потери в генераторе имеют решающее значение для его производительности и надежности работы. Среди различных потерь на ветер, потери на вентиляцию составляют значительную часть общих потерь. Потери вентиляции возникают при ступенях, обращенных вперед и назад, при резких поворотах, внезапных сокращениях и расширениях, а также на извилистых дорожках.Чтобы повысить эффективность генератора, такие потери необходимо свести к минимуму.

4.1. Стопорное кольцо шлица

Из рисунка 5 видно, что падение первичного давления происходит на входе в зазор ротора и статора из-за резкого изменения площади проходного сечения и извилистого вентиляционного пути потока. На входе в зазор ротора и статора между внутренним концом стопорного кольца и конусом торцевого сердечника на статоре образуется узкое место. Когда охлаждающий газ проходит через вход в зазор, значительное ускорение потока вызывает большой локальный перепад давления, который лишь частично восстанавливается ниже по потоку.За счет использования шлицевых стопорных колец можно значительно снизить потери от ветра и повысить эффективность системы охлаждения.

Шлицевое стопорное кольцо имеет измененный внешний профиль на аксиально внутренней торцевой части, от плоской цилиндрической поверхности до аэродинамически изогнутой шлицевой поверхности. Следовательно, эффективная площадь поперечного сечения потока увеличивается, а сила сопротивления осевому охлаждающему потоку уменьшается [13]. Фактически, с помощью шлицевого стопорного кольца можно избежать примерно 60% потерь на лобовое сопротивление на входе в зазор между статором и ротором, в результате чего общий КПД генератора увеличивается примерно на 0.01%. Преимуществами использования шлицевых стопорных колец являются: (а) уменьшение падения давления на входе в зазор между статором и ротором; (b) уменьшение силы сопротивления осевому охлаждающему потоку на входе в зазор между статором и ротором; (c) повышение охлаждающей способности и однородности температуры; (d) улучшение текучести охлаждающего потока; и (e) уменьшение шумов, вызванных потоком.

На рисунке 8 (а) показаны векторы скорости на входе в зазор между статором и ротором с обычным стопорным кольцом. Охлаждающий газ принудительно втекает в зазор.Из рисунка 8 (а) видно, что большая рециркуляция потока образуется в передней части внутреннего конца удерживающего кольца, что приводит к большим потерям на ветер.

На рис. 8 (b) показаны векторы скорости во входной области зазора со стопорным кольцом шлицевого соединения. Показано, что охлаждающий газ плавно течет по поверхности стопорного кольца. Таким образом, на внутреннем конце стопорного кольца не происходит рециркуляции потока. Кроме того, из-за увеличенной эффективной площади поперечного сечения потока на входе в зазор ротор-статор статический давление на входе в зазор становится выше, помогая охлаждающему газу заполнять пазы статора.

4.2. Блок контура серии

Система поддержки обмотки ограничивает движение секций стержней якоря, выходящих за пределы сердечника. В опорной системе блоки последовательного контура используются для уменьшения рабочих прогибов последовательных контуров при резонансе и противодействия электромагнитным силам, действующим на последовательные контуры. Однако на рисунке 9 можно увидеть, что, когда блок сплошного контура устанавливается с крышкой последовательного контура, путь потока к внешней части крышки последовательного контура полностью блокируется, что приводит к возникновению горячих точек в этой неохлаждаемой зоне.

Предлагается оптимизирующая конструкция для улучшения охлаждения последовательного контура. Как показано на рисунке 10, вентиляционные канавки выполнены на каждой стороне блока, чтобы через них проходил охлаждающий газ. Одно или два анкерных отверстия на концах блока используются для соединения блока с соседними заглушками петель. Чтобы лучше соответствовать зазору между двумя соседними заглушками петли, соприкасающиеся поверхности блока сделаны немного непараллельными. Между блоком и колпачком рядной петли вставляется слой фетра.Благодаря этому изменению конструкции можно эффективно устранить горячие точки в блоках последовательного контура.

Помимо улучшенной эффективности охлаждения, еще одно преимущество вентилируемого блока перед твердым состоит в том, что он может быть адаптирован к индивидуальному заказу. зазор между двумя соседними заглушками петли, потому что площадь контакта вентилируемого блока с прилегающей заглушкой намного меньше, чем у сплошного блока. Следовательно, меньшая площадь контакта позволяет Поверхность должна быть заземлена для индивидуальной подгонки к неравномерным зазорам между соседними крышками, таким образом получая более плотную посадку и улучшая характеристики.Обычная сплошная блокировка не позволяет легко справиться с большими отклонениями в размере зазора, и ее эффективность зависит от наращивания войлока [14].

4.3. Перегородка блока внешнего пространства

Несколько перегородок в блоке внешнего пространства используются для управления расходами охлаждающего газа через каналы потока космического блока. Тем не мение, обычные L-образные перегородки (см. фиг. 11 для предшествующего уровня техники) имеют несколько недостатков. Во-первых, этот тип перегородок не регулируется. Поскольку размер перегородки указан, скорость потока через канал потока является фиксированной.Таким образом, перегородка одного размера может удовлетворить только конкретное требование к охлаждению. Во-вторых, как охлаждающий газ течет через L-образную перегородку, он создает рециркуляцию потока из-за внезапного расширения проходного сечения и, таким образом, приводит к высокому перепаду давления, то есть высокой ветровой нагрузке. потеря.

Для решения этих проблем представлены перегородки пространственного блока новой конструкции, как показано на рис. 11. Регулируемая перегородка имеет форму эллипса и устанавливается на блок с одним болтом в центре (рис. 12).Таким образом, между перегородкой и поверхностью блока образуется зазор для потока. Поскольку длинная ось эллипса перпендикулярна блоку, зазор для потока становится наименьшим (т. Е.). Поскольку он поворачивается на 90 градусов параллельно блоку,. Таким образом, зазор потока регулируется путем установки положения перегородки относительно блока. Выбирая соответствующую длинную и короткую оси эллипса, перегородки могут регулировать скорость охлаждающего потока в широком диапазоне и, как Следовательно, может удовлетворять различным требованиям к охлаждению.Более того, с помощью перегородок новой конструкции скорость потока в каждом проточном канале пространственного блока можно регулировать индивидуально для достижения наилучшего охлаждающего эффекта [15].

5. Выводы

Численное исследование полей скорости и давления в области торцевой обмотки генератора с водородным охлаждением проводилось при нормальных условиях работы генератора. Была разработана модель пористой среды. для моделирования охлаждающих потоков, проходящих через стержни якоря с различным коэффициентом потерь и коэффициентом инерционного сопротивления в каждой зоне пористого потока стержней якоря.Высокое давление градиенты были обнаружены на входе в зазор статора и ротора, вход подслота ротора, внешняя сторона стопорного кольца и зазор между газовой защитой и стержнями якоря. Расчетное поле скоростей также показывает, что в исходной конструкции неохлаждаемые зоны находятся в верхней части заглушек последовательного контура.

На основе численных результатов конфигурация пути охлаждающего потока была оптимизирована для улучшения рабочих характеристик генератора и управления охлаждающим потоком, включая (а) использование шлицевых стопорных колец для замены обычных цилиндрических колец, (b) изменение конструкции блока последовательной петли с вентиляционными канавками на контактирующих сторонах с серьезными заглушками петли, и (c) использование перегородок эллиптической формы для замены устаревших L-образных перегородок для лучше контролировать вентиляционные потоки через проточные каналы пространственного блока.Эти конструктивные изменения существенно повысили производительность и надежность работы генератора. Все Вышеупомянутые инновации привели к получению патентов США.

Приложения

A. Термические свойства охлаждающего газа

Анализы проводились со смесью водорода 98% чистоты и 2% воздуха при давлении 30 фунтов на кв. Дюйм (206,8 кПа). Теплофизические свойства приведены в таблице 2.

9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 .089E-05 9018 9018 9018 ( ° C) (кг / мс) (Дж / кг K) (Вт / м K) ) (кг / м 3 ) 40 9.853E-06 11309 0,181 0,3027 50 1.006E-05 11323 0,186 — 604 0,2846 70 1.048E-05 11347 0,194 — 80 1.060E-05 11358 11368 0,203 — 100 1.109E-05 11377 0.207 0,2540 110458 — 120 1.149E-05 11394 0.215 0.2411 130 1.169E-05 11401 01845 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 .189E-05 11408 0,224 0,2294

B. Профили скорости на выходе вентилятора

Вентиляционный вентилятор, используемый в данной конструкции, имеет 24 лопасти с углом наклона лопастей. 18 ^° . Поле скоростей на выходе из вентилятора составляло полученные из отдельной модели CFD. Профили осевой скорости и скорости закрутки представлены на рисунке 13.

Номенклатура

:	Площадь
	Константы в модели турбулентности
:	тепло
:	Коэффициент потерь
:	Кинетическая турбулентность энергия
:	Массовый расход
p :	Давление
:	Объемный расход
:	Температура
:	Скорость,
:	Объем
:	Обратный Число Прандтля для k и ε , соответственно
:	Зазор потока
:	Скорость рассеяния турбулентности энергия
:	Тепловой проводимость
:	Соотношение фактическое открытое сечение к общему проходному сечению
:	Вязкость
:	Плотность
:	Скорость вращения
:	Пористый коэффициент инерционного сопротивления среды.

Нижние индексы обозначение

a :	Фактический компонент
eff:	Эффективный
i, j :
макс:	максимум
мин:	минимум
p :	Пористая зона
t	0.	.

Системы и методы управления возбуждением генератора

Системы возбуждения Системы возбуждения можно определить как систему, которая обеспечивает ток возбуждения обмотке ротора генератора. Хорошо спроектированные системы возбуждения обеспечивают надежность работы, стабильность и быстрый переходный отклик.

Четыре распространенных метода возбуждения включают:

• Шунтирующий или самовозбужденный
• Система усиления возбуждения (EBS)
• Генератор на постоянных магнитах (PMG)
• Вспомогательная обмотка (AUX).

У каждого метода есть свои преимущества. Все методы используют автоматический регулятор напряжения (АРН) для подачи постоянного тока на статор возбудителя. Выход переменного тока ротора возбудителя выпрямляется на вход постоянного тока ротора главного генератора. Более продвинутые системы используют дополнительный вход для AVR. В этой статье будут рассмотрены конструкция, функции и применение каждого метода, а также приведены схемы и иллюстрации для каждого из них.

Автоматический регулятор напряжения (АРН) Конструкция АРН зависит от используемого возбуждения.Все получают входной сигнал от статора генератора, когда он вращается. АРН с возможностью приема второго входа для уменьшения или устранения внутренних гармоник, вызванных сигналами обратной связи нагрузки, используются для приложений с нелинейной нагрузкой. Обычно используются два типа:

• Силиконовый управляемый выпрямитель (SCR) — определяет уровень мощности статора и определяет его срабатывание для напряжения возбудителя. Может вызвать проблемы при использовании с нелинейными нагрузками.
• Полевой транзистор (FET) — определяет уровень мощности от статора и преобразует его в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на возбудитель.Этот стиль АРН может использоваться для методов возбуждения. Нелинейные нагрузки не вызывают обратной связи, приводящей к сбоям возбуждения.

Шунтирующий или самовозбуждающийся

Шунтирующий метод отличается простой и рентабельной конструкцией, обеспечивающей входное питание АРН. Этот метод не требует дополнительных компонентов или проводки. При возникновении проблем устранение неисправностей упрощается за счет меньшего количества компонентов и проводки для проверки.

Когда генератор вращается, статор подает входное напряжение на АРН.Кроме того, в АРН есть датчики, которые контролируют выход статора.

АРН питает возбудитель и выпрямляется до постоянного тока. Для вывода нагрузки на статор наводится ток.

Самым большим недостатком этой системы является то, что на АРН влияет нагрузка, которую питает генератор. Когда нагрузка увеличивается, напряжение начинает уменьшаться, и АРН должен подавать больший ток на возбудитель, чтобы поддерживать спрос. Это доводит AVR до предела возможностей. Если АРН выходит за его пределы, поле возбуждения схлопывается.Выходное напряжение снижено до небольшой величины.

Если произойдет короткое замыкание в цепи питания АРН, генератор не будет иметь источника возбуждения. Это вызывает потерю выходной мощности генератора.

Генераторы с шунтирующим или самовозбуждением могут использоваться при линейных нагрузках (постоянная нагрузка). Приложения с нелинейными нагрузками (переменная нагрузка) не рекомендуются для генераторов с этим методом возбуждения. Гармоники, связанные с нелинейными нагрузками, могут вызывать пробои поля возбуждения.

Система усиления возбуждения (EBS) Система EBS состоит из тех же основных компонентов, которые подают входы и получают выходы от AVR. Дополнительные компоненты в этой системе:

• Модуль управления усилением возбуждения (EBC)
• Генератор усиления возбуждения (EBG).

EBG устанавливается на ведомом конце генератора. Внешний вид такой же, как у постоянного магнита. EBG подает питание на контроллер при вращении вала генератора.

Модуль управления EBC подключается параллельно к АРН и возбудителю. EBC получает сигнал от AVR. При необходимости контроллер подает на возбудитель различные уровни тока возбуждения на уровнях, которые зависят от потребностей системы.

Дополнительная мощность, подаваемая в систему возбуждения, поддерживает требования к нагрузке. Это позволяет генератору запускаться и восстанавливать напряжение возбуждения.

Эта система возбуждения не рекомендуется для приложений с непрерывным питанием.Он предназначен для аварийного или резервного питания. При запуске генератора система EBS отключается до достижения рабочей скорости. EBG все еще генерирует мощность, но контроллер не направляет ее.

Система обеспечивает динамический отклик, дешевле и отвечает требованиям по обеспечению 300% тока короткого замыкания. Нелинейные нагрузки, такие как запуск двигателя, улучшаются по сравнению с методом шунтирования или самовозбуждения.

Генератор постоянных магнитов (PMG) Генераторы, оснащенные постоянными магнитами, являются одними из самых известных методов с раздельным возбуждением.На ведомом конце вала генератора установлен постоянный магнит.

PMG подает изолированное питание на АРН, когда вал генератора вращается. AVR использует дополнительную мощность при питании нелинейных нагрузок, таких как: запуск двигателей.

Чистая, изолированная, непрерывная трехфазная форма волны генерируется при вращении вала генератора.

Некоторые из преимуществ использования генераторов, оборудованных методом возбуждения PMG:

• Поле возбуждения не разрушается, позволяя устранить устойчивые короткие замыкания.
• Изменение нагрузки не влияет на поле возбуждения.
• Напряжение создается при первом запуске и не зависит от остаточного магнетизма в поле.
• При запуске двигателя поле возбуждения не разрушается из-за отсутствия питания АРН.

Система PMG увеличивает вес и размер части генератора. Это наиболее часто используемый метод возбуждения для приложений, в которых используются двигатели, которые запускаются и останавливаются, и другие нелинейные нагрузки.

Вспомогательная обмотка (AUX) Метод вспомогательной обмотки используется уже много лет. Области применения варьируются от морских до промышленных и более практичны в более крупных установках.

Этот метод имеет отдельное поле возбуждения, однако он не использует компонент, прикрепленный к ведомому концу вала генератора. В этих методах используется вращение вала и постоянный магнит или генератор для обеспечения дополнительного возбуждения.

В статор установлена ​​дополнительная однофазная обмотка.Когда вал генератора вращается, основные обмотки статора подают напряжение на АРН, как и во всех вышеупомянутых методах.

Дополнительные однофазные обмотки подают напряжение на АРН. Это создает дополнительное напряжение возбуждения, необходимое при питании нелинейных нагрузок.

Для приложений с линейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения с шунтом, EBS, PMG и AUX. Шунтирующее возбуждение — наиболее экономичный метод.

Для приложений с нелинейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения EBS, PMG и AUX.Возбуждение PMG является наиболее распространенным и широко используемым.

>> Вернуться к статьям и информации <<

Электромонтаж статора — Homebrew Wind Power

На рисунке показано, как мы будем соединять катушки вместе. Каждая фаза пронумерована и состоит из 3 последовательно соединенных катушек. Мы определяем, что каждая катушка (и каждая фаза) имеет «начало» и «конец». «Начало» — это вывод, который идет изнутри катушки, а «конец» — это выход снаружи катушки.Единственное, что не показано на чертеже, — это соединение «звездой». (На чертеже начала обозначены A, B и C, концы обозначены X, Y и Z) Чтобы соединить звездой, вы соедините 3 начала (A, B и C). Единственная разница между чертежом и тем, что вы собираетесь сделать, заключается в том, что вы будете выполнять все соединения на внутреннем диаметре статора.

Возьмите 3 катушки и поместите их в форму на их место. Выберите 3 клетки на расстоянии 120 градусов друг от друга. Если вы можете наложить и отобразить наши магнитные роторы на этих трех катушках, вы увидите, что они видят «идентичную» магнитную ситуацию, поэтому они находятся «в фазе» друг с другом.(когда один из них находится на максимальном напряжении, то же самое будет и с двумя другими). Убедитесь, что все 3 катушки расположены одной стороной вверх (начало катушки — это провод, который пересекает внутреннюю часть, и он должен быть направлен вверх — вы должны быть уверены, что никакие катушки не перевернуты вверх ногами. Мы собираемся подключить вверх 1 фаза генератора.

Возьмите «конец» одной катушки и оберните его так, чтобы он указывал на внешнюю сторону формы, и прикрепите липкой лентой к ножке катушки. (Обычно при этом вы добавляете к катушке 1/2 оборота).Раньше он указывал внутрь формы, теперь он должен указывать наружу. Затем возьмите внутреннюю часть той же катушки и согните ее вокруг острова в середине формы до следующей радиальной линии в форме и отрежьте ее примерно на 1/2 дюйма за этой линией. Этот провод будет соединяться с концом. следующей катушки, и начало этой катушки необходимо будет соединить с концом последней катушки в этой фазе. Итак, что вы делаете, это убедитесь, что у вас есть ровно необходимое количество провода для соединения катушек, и отрезайте лишний .Лучше быть немного длинной стороной, чем немного короткой, поэтому на всякий случай выделите немного дополнительной длины — но не намного, потому что внутри формы не так много места для проволоки. Как только это будет сделано с тремя катушками, у вас будет готовая 1 фаза. Повторите это для следующих двух фаз.

Изоляция на качественном магнитном проводе довольно толстая, и ее очень трудно соскоблить. Я обнаружил, что он обычно имеет двойную изоляцию, а внутренний слой изоляции почти не виден, поэтому даже если вы думаете, что хорошо поработали, сняв изоляцию с провода, это может быть плохо! Лучше всего поджечь изоляцию пропановой горелкой на расстоянии около 1 дюйма от конца провода.Обычно я нагреваю его достаточно, чтобы сам провод стал докрасна. Это также отжигает медь и облегчает скручивание. Сделайте это со всеми отведениями, которые вы отрезали. Вы еще не обрезали конец 1-го витка (он выступает к внешней стороне формы), и вы еще не обрезали внутреннюю часть последнего витка, так что оставьте его как есть — вы разберетесь с этим позже.

Дайте проводам остыть, а затем осторожно очистите пригоревшую изоляцию наждачной бумагой.

Поместите 3 катушки обратно в форму и плотно скрутите провода.Вы можете видеть на картинке, как соединения между катушками в значительной степени расположены по центру. Затем припаяйте соединения и согните их плоскогубцами, чтобы можно было изолировать их изолентой и сделать все как можно тоньше. Вы также можете использовать термоусадку для более аккуратного внешнего вида — если вы это сделаете, обязательно наденьте ее, прежде чем скручивать провода вместе!

Если вы собираете машину на 12 В с несколькими жилами проводов, может быть сложно хорошо скрутить все вместе. Для машин, которые имеют несколько жил, лучше всего выполнить соединения, вставив выводы катушки в небольшую медную или латунную трубку, а затем обжать и припаять.

После того, как вы соединили одну фазу, осторожно извлеките ее из формы и проделайте то же самое с двумя другими фазами.

Когда все три этапа будут завершены, поместите все три обратно в форму, как показано на рисунке. Сделайте это так, чтобы ваши три «конца» (те провода, которые направлены наружу от формы) были рядом друг с другом. Эти три «конца» будут выводами статора (выходом ветряной турбины).

Теперь вам нужно соединить фазы звездой.3 внутренних провода должны быть соединены вместе, чтобы мы могли соединить их вместе. Оставьте достаточно провисания проводов, чтобы мы могли выполнить это соединение, а затем протолкните его между катушками и островком в форме. Определите длину, отрежьте их, обожгите изоляцию горелкой, отшлифуйте, скрутите и припаяйте. Затем заизолируйте соединение изолентой или термоусадочной лентой.

На фото выше готовое соединение звездой, все, что нужно сделать, — это протолкнуть его вниз, чтобы оно не выступало над катушками.

Несмотря на то, что катушки подходят и имеют правильный размер, после того, как мы сделаем все эти соединения, все станет немного упругим, и, конечно же, катушки не на своем идеальном месте. Сделанные нами соединения и вся эта проволока внутри наверняка вытолкнет некоторые из катушек дальше, чем они должны быть. Используйте клейкую ленту и оборачивайте обмотку статора по 1 катушке за раз и закрепляйте лентой именно там, где она должна быть. Держите ленту на «ножках» катушек, как показано на рисунке.

С помощью цианокрилатного клея приклейте прямоугольники ткани к ножкам катушек.Положите побольше — вы поймете, что это хороший клеевой шов, когда ткань станет прозрачной. Это также послужит для того, чтобы немного «забить» ножки катушек и предотвратить вибрацию отдельных проводов друг относительно друга — возможно, это не проблема, но мне нравится, когда в катушках есть много суперклея. Также нанесите клей на ткань между витками, чтобы ткань стала «жесткой» и менее гибкой. Это сделает статор достаточно жестким и легким в обращении перед его отливкой. Старайтесь не приклеивать катушки к форме!

На картинке вы видите, что все катушки соединены между собой стеклотканью.

Теперь вы можете осторожно поднять неотлитый статор и вынуть его из формы. Положите его в безопасное место, пока вы не будете готовы отлить статор в смоле.

Отливка статора

Отливка статора

Статор будет отлит из той же полиэфирной смолы, которую вы использовали для магнитных роторов. Вам понадобится стеклоткань с обеих сторон катушек. Возможно, будет полезно просмотреть раздел, посвященный отливке магнитных роторов, прежде чем делать это, поскольку процедура очень похожа, и меры безопасности такие же.

Если вы правильно сложите ткань, вы можете выложить только 1/4 кольца и вырезать два за один выстрел. Вам понадобятся два кольца из стекловолокна с внешним диаметром 15 дюймов и внутренним диаметром 6 дюймов.

На фото два кольца из стеклопластика. Отложите их и пока катушки в сторону. Смажьте форму статора внутри, сверху и по краю. То же с крышкой —

все должно быть тщательно покрыто жиром или воском. Автомобильный воск или воск для дерева действительно хорошо работают.

Для отливки статора требуется ровно 1/2 галлона смолы.Найдите ровное место, чтобы поставить форму. Важно либо держать края формы за пределами рабочего стола, либо найти рабочий стол (как тот, что на картинке), который обеспечивает доступ для зажимов C по краям формы. Когда вы закончите, вам нужно будет зажать крышку струбцинами, так что думайте наперед! Налейте примерно пол-литра смолы в форму и раскатайте ее так, чтобы все дно и стороны были «мокрыми» от смолы.

Поместите одно из стекловолоконных колец в смолу и обработайте ее палкой, пока она не пропитается.При насыщении — ткань станет практически незаметной. (вы не увидите белого)

Затем налейте еще пинту смолы в форму, еще раз втирайте ее в ткань — постарайтесь избавиться от пузырьков воздуха.

Осторожно вставьте катушки, проткните их так, чтобы смола текла вокруг катушек и поднимались воздушные пузыри.

Затем заполните форму смолой и убедитесь, что все поверхности змеевиков покрыты смолой.

Поместите оставшееся кольцо из стекловолокна поверх катушек и нанесите на него смолу — оно должно почти исчезнуть.

Вылейте оставшуюся смолу поверх ткани. Вмешайте его и попытайтесь избавиться от пузырьков воздуха. Возможно, в это время не повредит немного постучать по форме или потрясти ее шлифовальной машиной (или чем-то еще) в течение пары минут, чтобы пузырьки воздуха поднялись вверх.

Осторожно опустите крышку формы на отливку.

Наденьте шайбу 1/2 «на резьбовой стержень и затяните гайку 1/2» на нее. Затяните гайку — это хорошо прижимает крышку к форме и гарантирует, что готовая отливка будет толщиной 1/2 дюйма.

Поместите C-образные зажимы с каждой стороны формы (используйте 4 C-образных зажима) и равномерно затяните их. Вы поймете, когда смола затвердеет из-за всего, что вылилось сбоку! Оставьте статор в форме, пока смола не затвердеет.

Долото хорошо подходит для соскабливания / снятия смолы с внешней стороны формы. Хорошее время для этого — пока он еще немного гибкий (до того, как станет по-настоящему сложным).

Когда смола станет твердой, снимите С-образные зажимы и гайку в центре.С помощью стамески или отвертки осторожно подденьте крышку, пока она не откроется.

После снятия крышки обычно можно перевернуть форму вверх дном, и статор просто выпадет. В противном случае переверните форму вверх дном и постучите по ней молотком или осторожно подденьте кромку статора. Он должен выйти легко.

Используйте напильник или шлифовальный станок (или и то, и другое), чтобы очистить края статора. Внутренний диаметр должен быть довольно чистым, потому что между этим отверстием и ступицей колеса, которая будет внутри него, не так много свободного места.

Хорошо, если вы просверлите 3 отверстия для шпилек, которые крепят статор к ветряной турбине, прежде чем выполнять сварку на раме, затем вы можете прижать кронштейн статора к статору по центру и просверлить отверстия 1/2 дюйма Если вы сделаете это таким образом, очень важно, чтобы центральное отверстие статора было примерно точно по центру с кронштейном статора.Также убедитесь, что 3 отверстия выходят между катушками — желательно с тремя идущими проводами. между теми же двумя отверстиями.Вы же не хотите ударить сверлом по меди!

Если вы уже приварили раму, вы можете отцентрировать статор на раме ветряной турбины относительно кронштейна статора и зажать его там — и просверлить отверстия.

Просверлите 3 отверстия диаметром 1/4 дюйма на расстоянии примерно 1/2 дюйма от края статора — по одному возле каждого выходящего вывода.

Вставьте латунный винт 1/4 — 20tpi через каждый, с шайбой с каждой стороны и гайкой с обратной стороны. Отрежьте провода ровно настолько, чтобы их можно было зажать между головкой винта и шайбой.Теперь на каждый винт можно надеть еще пару шайб и по одной гайке. Они будут служить наконечниками, к которым мы сможем подсоединить линию к ветряной турбине.

Статор готов! Мы можем отложить это в сторону, пока не будем готовы собрать генератор.

Продолжить чтение здесь: Создание магнитных роторов Пресс-форма

Была ли эта статья полезной?

.