Основной магнитный поток — машина

Cтраница 1

Основной магнитный поток машины — это поток возбуждения, создаваемый обмоткой ротора. При отсутствии нагрузки зтот поток является единственным потоком машины.
 [1]

Основной магнитный поток машины — это поток возбуждения, создаваемый обмоткой ротора. При отсутствии нагрузки этот поток является единственным потоком машины.
 [2]

Под основным магнитным потоком машины постоянного тока понимают поток в зазоре Ф на площади, соответствующей одному полюсному делению т, при холостом ходе машины.
 [4]

Чем создается основной магнитный поток машины постоянного тока.
 [5]

Назначением этих полюсов является создание основного магнитного потока машины.
 [7]

Продольная реакция якоря, вызванная индуктивной нагрузкой, обусловливает изменение основного магнитного потока машины и является главной причиной провала напряжения генератора.
 [8]

Наибольшие напряженная на валу обусловлены переменным магнитным потоком с частотой сети, возникающим из-за несимметрии основного магнитного потока машины. В турбогенераторах 50 — 300 МВт эти напряжения достигают 5 — 10 В, а иногда и больше. У гидрогенераторов со сборными сердечниками эти напряжения достигают иногда 20 — 30 В.
 [9]

Наибольшие напряжения на валу обусловлены переменным магнитным потоком с частотой сети, возникающим из-за несимметрии двух параллельных ветвей основного магнитного потока машины. В турбогенераторах 50 — 300 МВт эти напряжения достигают 6 В, а иногда и больше. У гидрогенераторов со сборными сердечниками эти напряжения достигают иногда 20 — 30 В.
 [10]

Действие реакции якоря в генераторе при смещении щеток с геометрической нейтрали в сторону вращения.  [11]

FB, что ведет к ослаблению основного потока машины; если же щетки сместить против вращения якоря ( генератора), то продольная составляющая Fad будет действовать согласно с FB, что приведет к некотором увеличению основного магнитного потока машины.
 [12]

Основные магнитные потери в стальных сердечниках электрических машин, вызываемые основным магнитным потоком машины, возникают в частях сердечников, подверженных перемагничиванию — в статоре, ( в зубцах и спинке) машин переменного тока и в якоре ( в зубцах и спинке) машин постоянного тока. Потерями в стали сердечников ротора асинхронного двигателя пренебрегают вследствие малой частоты перемагничивания при номинальном режиме работы и соответственно незначительных потерь.
 [13]

Основные магнитные потери в стальных сердечниках электрических машин, вызываемые основным магнитным потоком машины, возникают в частях сердечников, подверженных перемагничиванию — в статоре ( в зубцах и спинке) машин переменного тока и в якоре ( в зубцах и спинке) ма-шин постоянного тока. Потерями в стали сердечников ротора асинхронного двигателя пренебрегают вследствие малой частоты перемагничивания при номинальном режиме работы и соответственно незначительных потерь.
 [14]

Fad действует согласованно с F0, что ведет к некоторому увеличению основного магнитного потока машины.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

Машины постоянного тока. Магнитный поток, ЭДС и электромагнитный момент

Электротехника \
Электротехника и основы электроники

Страницы работы

48
страниц
(Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Машины постоянного тока в основном состоят
из двух частей: неподвижной – индуктора и подвижной – якоря. Индуктор служит
для создания постоянного магнитного потока при протекания тока в обмотке
возбуждения (ОВ). В якоре генератора происходит преобразование механической энергии
в электрическую, а для двигателя соответственно электрической энергии в механическую.

Устройство простейшей машины. На рисунке
7.32, а представлена простейшая машина постоянного тока, а на рисунке
7.32, б и в дано схематическое изображение этой машины в осевом
направлении. Индуктор состоит из полюсов и стального ярма, к которому
прикрепляются полюсы. Индуктор изображенный на рисунке 7.32, а простейшей
машины имеет два полюса 1 (ярмо индуктора не показано).

Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных
на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора 3. Якорь состоит из
сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки,
укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в простейшей машине имеет один виток.
Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора,
число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две
неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с
внешней цепью.

Основной магнитный поток создается обмоткой
возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным
током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к
южному полюсу S и от него через ярмо снова к
северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо изготовляются из ферромагнитных
материалов.

Режим генератора. Рассмотрим сначала работу машины в режиме генератора.

Рисунок
7.32 – Работа простейшей машины
постоянного тока (а)                                              в
режиме генератора (б) и двигателя (в)

Предположим, что якорь машины приводится
во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется
ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Поскольку
поток полюсов предполагается неизменным, то эта ЭДС индуктируется только
вследствие вращения якоря и называется ЭДС вращения. Значение индуктируемой в
проводнике обмотки якоря ЭДС

где В – магнитная индукция в воздушном зазоре между
полюсом и якорем в месте расположения проводника; l
– активная длина проводника, т. е. та длина, на протяжении которой он
расположен в магнитном поле; v – линейная скорость
движения проводника.

В
обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые ЭДС, которые по
контуру витка складываются, и поэтому полная ЭДС якоря рассматриваемой машины

ЭДС Е является переменной, т. к. проводники обмотки якоря при
вращении проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего
направление ЭДС в проводниках меняется. По форме кривая ЭДС проводника в зависимости
от времени t повторяет кривую распределения
индукции В вдоль воздушного зазора (рисунок 7. 33, а).

Частота ЭДС f в двухполюсной машине равна скорости вращения якоря f = n, а в общем случае, когда машина имеет р
пар полюсов с чередующейся полярностью   f = р
n.

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю
цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток I_а. В обмотке якоря этот ток будет переменным,
и кривая его по форме аналогична кривой ЭДС (рисунок 7.33, а). Однако во
внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора.При поворота якоря и коллектора
на 90º и изменении направления ЭДС в проводниках одновременно происходит также
смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой
всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под
северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником,
расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и
направление тока во внешней цепи остается неизменными.

Таким образом, в режиме генератора
коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает
переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Изменив знак второго полупериода кривой на рисунке
7.33, а, получим форму кривой тока и напряжения внешней цепи (рисунок

Похожие материалы

Информация о работе

Скачать файл

Конструкция генератора постоянного тока – описание его различных частей

Генератор постоянного тока представляет собой электрическое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. В основном он состоит из трех основных частей: системы магнитного поля, якоря, коллектора и щеточного механизма. Другими частями генератора постоянного тока являются магнитная рама и ярмо, полюсный сердечник и полюсные башмаки, катушки возбуждения или возбуждения, сердечник и обмотки якоря, щетки, торцевые корпуса, подшипники и валы.

Схема основных частей 4-полюсный генератор постоянного тока или машина постоянного тока показаны ниже:

Содержимое:

• Система магнитного поля генератора постоянного тока
• Магнитная рама и хомут
• Сердечник для столбов и башмаки для столбов
• Полевые или возбуждающие катушки
• Якорь генератора постоянного тока
• Сердечник арматуры
• Обмотки якоря
• Коллектор в генераторе постоянного тока
• Щетки
• Торцевые кожухи
• Подшипники
• Вал

Система магнитного поля генератора постоянного тока

Система магнитного поля является стационарной или фиксированной частью машины. Он создает основной магнитный поток. Система магнитного поля состоит из основной рамы или ярма, полюсного сердечника и полюсных башмаков, а также полевых или возбуждающих катушек. Эти различные части генератора постоянного тока подробно описаны ниже.

Магнитная рама и хомут

Внешняя полая цилиндрическая рама, к которой крепятся основные полюса и промежуточные стержни и с помощью которой машина крепится к фундаменту, известна как хомут. Он изготовлен из литой стали или стального проката для больших машин, а для машин меньшего размера ярмо обычно изготавливается из чугуна.

Два основных назначения ярма заключаются в следующем:-

• Он поддерживает полюсные сердечники и обеспечивает механическую защиту внутренних частей машин.
• Обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением для магнитного потока.

Полюсный сердечник и полюсные башмаки

Полюсный сердечник и полюсные башмаки крепятся к магнитной раме или ярму болтами. Поскольку полюса проецируются внутрь, их называют выступающими полюсами. Каждый полюсный сердечник имеет криволинейную поверхность. Обычно сердечник стойки и башмаки изготавливаются из тонких пластин из литой стали или кованого железа, которые склеиваются между собой под действием гидравлического давления. Полюса ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи.

Рисунок, показывающий полюсный сердечник и полюсный башмак, представлен ниже:

Полюсный сердечник служит для следующих целей, указанных ниже:

• Он поддерживает катушки возбуждения или катушки возбуждения.
• Они более равномерно распределяют магнитный поток по периферии якоря.
• Увеличивает площадь поперечного сечения магнитопровода, в результате уменьшается магнитное сопротивление магнитного пути.

Полевые или возбуждающие катушки

Каждый полюсный сердечник имеет одну или несколько катушек возбуждения (обмоток), размещенных над ним для создания магнитного поля. Эмалированный медный провод используется для изготовления катушек возбуждения или возбуждения. Катушки наматываются на каркас, а затем размещаются вокруг полюсного сердечника.

Когда постоянный ток проходит через обмотку возбуждения, он намагничивает полюса, что, в свою очередь, создает магнитный поток. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно таким образом, что при протекании по ним тока соседние полюса приобретают противоположную полярность.

Якорь генератора постоянного тока

Вращающаяся часть машины постоянного тока или генератора постоянного тока называется якорем. Якорь состоит из вала, на который надет ламинированный цилиндр, называемый Amature Core.

Сердечник якоря

Сердечник якоря генератора постоянного тока имеет цилиндрическую форму и соединен шпонкой с вращающимся валом. На внешней периферии якоря имеются канавки или пазы, в которых размещается обмотка якоря, как показано на рисунке ниже:

Сердечник якоря генератора или машины постоянного тока служит для следующих целей.

• В нем размещаются проводники в пазах.
• Обеспечивает легкий путь для магнитного потока.

Поскольку якорь является вращающейся частью генератора постоянного тока или машины, в сердечнике происходит изменение направления потока, что приводит к потерям на гистерезис. Материал кремнистой стали используется для изготовления сердечника, чтобы уменьшить гистерезисные потери.

Вращающийся якорь отсекает магнитное поле, за счет чего в нем индуцируется ЭДС. Эта ЭДС распространяет вихревой ток, что приводит к потерям на вихревые токи. Таким образом, для уменьшения потерь сердечник якоря ламинируется штамповкой толщиной около 0,3-0,5 мм. Каждая пластина изолирована от другой лаковым покрытием.

Обмотка якоря

Изолированные жилы помещаются в пазы сердечника якоря. Проводники заклинены, а ленты из стальной проволоки намотаны на сердечник и соответствующим образом соединены. Такое расположение проводников называется обмоткой якоря. Обмотка якоря является сердцем машины постоянного тока.

Обмотка якоря – место, где происходит преобразование энергии. В случае с генератором постоянного тока механическая энергия преобразуется в электрическую. На основе соединений обмотки подразделяются на два типа, называемые обмоткой внахлестку и волновой обмоткой.

• Обмотка внахлестку

В обмотке внахлестку проводники соединены таким образом, что количество параллельных путей равно количеству полюсов. Таким образом, если машина имеет P полюсов и Z проводников якоря, то будет P параллельных путей, каждый путь будет иметь Z/P проводников, соединенных последовательно.

При намотке внахлест количество щеток равно количеству параллельных путей. Из которых половина кистей положительные, а оставшаяся половина отрицательные.

• Волновая обмотка

В волновой обмотке проводники соединены так, что они разделены на два параллельных пути независимо от числа полюсов машины. Таким образом, если машина имеет Z проводников якоря, будет только два параллельных пути, каждый из которых имеет последовательно Z/2 проводников. В этом случае количество щеток равно двум, т.е. количеству параллельных путей.

Коллектор в генераторе постоянного тока

Коллектор, который вращается вместе с якорем, имеет цилиндрическую форму и состоит из нескольких клиновидных твердотянутых медных стержней или сегментов, изолированных друг от друга и от вала. Сегменты образуют кольцо вокруг вала якоря. Каждый сегмент коммутатора соединен с концами катушек якоря.

Это самая важная часть машины постоянного тока, которая служит следующим целям.

• Соединяет вращающиеся проводники якоря со стационарной внешней цепью через щетки.
• Он преобразует наведенный переменный ток в проводнике якоря в однонаправленный ток во внешней цепи нагрузки при работе генератора постоянного тока, а переменный крутящий момент преобразует в однонаправленный (непрерывный) крутящий момент, создаваемый в якоре при действии двигателя.

Щетки

Угольные щетки размещаются или монтируются на коллекторе и с помощью двух и более угольных щеток снимают ток с обмотки якоря. Каждая щетка поддерживается в металлическом ящике, называемом ящиком для щеток или держателем щеток . Щетки прижаты к коллектору и образуют связующее звено между обмоткой якоря и внешней цепью.

Давление, оказываемое щетками на коллектор, регулируется и поддерживается на постоянном уровне с помощью пружин. С помощью щеток ток, возникающий в обмотках, передается на коммутатор, а затем во внешнюю цепь.

Обычно изготавливаются из высококачественного углерода, поскольку углерод является проводящим материалом и в то же время в виде порошка обеспечивает смазывающее действие на поверхность коллектора.

Торцевые кожухи

Торцевые кожухи крепятся к концам основной рамы и служат опорой для подшипников. Передние корпуса поддерживают подшипник и узлы щеток, тогда как задние корпуса обычно поддерживают только подшипники.

Подшипники

Шариковые или роликовые подшипники устанавливаются в концевых корпусах. Функция подшипников заключается в уменьшении трения между вращающимися и неподвижными частями машины. В основном для изготовления подшипников используется высокоуглеродистая сталь, так как это очень твердый материал.

Вал

Вал изготовлен из мягкой стали с максимальной прочностью на разрыв. Вал используется для передачи механической энергии от или к машине. Вращающиеся части, такие как сердечник якоря, коллектор, охлаждающие вентиляторы и т. д., соединены шпонкой с валом.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами для ветряных турбин

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами в качестве ветрогенератора

Из предыдущего руководства по ветряным турбинам мы знаем, что электрический генератор представляет собой вращающуюся машину, которая преобразует механическую энергию, производимую лопастями ротора. (первичный двигатель) в электрическую энергию или мощность. Это преобразование энергии основано на законах электромагнитной индукции Фарадея, которые динамически индуцируют ЭДС. (электродвижущая сила) в обмотки генератора по мере его вращения. Существует множество различных конфигураций электрического генератора, но один из таких электрических генераторов, который мы можем использовать в ветроэнергетической системе, — это Генератор постоянного тока с постоянными магнитами или Генератор постоянного тока с постоянными магнитами .

Машины постоянного тока с постоянными магнитами могут использоваться либо как обычные двигатели, либо как генераторы ветряных турбин постоянного тока, поскольку конструктивно между ними нет принципиальной разницы. Фактически, одна и та же машина с постоянным током может иметь электрический привод в качестве двигателя для перемещения механической нагрузки или механический привод в качестве простого генератора для выработки выходного напряжения. Это затем делает генератор 9 постоянного тока с постоянными магнитами 0192 (генератор PMDC) идеально подходит для использования в качестве простого ветряного генератора.

Если мы подключим машину постоянного тока к источнику постоянного тока, якорь будет вращаться с фиксированной скоростью, определяемой подключенным напряжением питания и силой его магнитного поля, тем самым действуя как «двигатель», создающий крутящий момент. Однако, если мы механически вращаем якорь со скоростью, превышающей расчетную скорость двигателя, используя лопасти ротора, то мы можем эффективно преобразовать этот двигатель постоянного тока в генератор постоянного тока, производящий генерируемую выходную ЭДС, которая пропорциональна его скорости вращения и магнитному полю. прочность.

Как правило, в обычных машинах постоянного тока обмотка возбуждения находится на статоре, а обмотка якоря — на роторе. Это означает, что они имеют выходные катушки, которые вращаются со стационарным магнитным полем, создающим необходимый магнитный поток. Электроэнергия берется непосредственно от якоря через угольные щетки с магнитным полем, которое регулирует мощность, подаваемую либо постоянными магнитами, либо электромагнитом.

Вращающиеся катушки якоря проходят через это стационарное или статическое магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует электрический ток в катушках. В генераторе постоянного тока с постоянными магнитами якорь вращается, поэтому полный генерируемый ток должен проходить через коммутатор или токосъемные кольца и угольные щетки, обеспечивающие электрическую мощность на его выходных клеммах, как показано.

Типовая конструкция генератора постоянного тока

Простой генератор постоянного тока может быть сконструирован различными способами в зависимости от взаимосвязи и взаимосвязи каждой из катушек магнитного поля с якорем. Двумя основными соединениями для машины постоянного тока с самовозбуждением являются «Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой», в котором основная обмотка возбуждения соединена параллельно с якорем. «Генератор постоянного тока с последовательной обмоткой» имеет токонесущую обмотку возбуждения, соединенную через серии с арматурой. Каждый тип конструкции генератора постоянного тока имеет определенные преимущества и недостатки.

Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой. В этих генераторах ток возбуждения (возбуждения) и, следовательно, магнитное поле увеличивается с увеличением рабочей скорости, поскольку оно зависит от выходного напряжения. Напряжение якоря и электрический крутящий момент также увеличиваются со скоростью. Генератор с параллельной обмоткой, работающий с постоянной скоростью при различных условиях нагрузки, имеет гораздо более стабильное выходное напряжение, чем генератор с последовательной обмоткой. Однако по мере увеличения тока нагрузки внутренние потери мощности на якоре вызывают пропорциональное уменьшение выходного напряжения.

В результате ток через поле уменьшается, уменьшая магнитное поле и вызывая еще большее снижение напряжения, а если ток нагрузки намного выше расчетного значения генератора, снижение выходного напряжения становится настолько серьезным, что приводит к большим внутренним потери в якоре и перегрев генератора. В результате генераторы постоянного тока с параллельной обмоткой обычно не используются для больших постоянных электрических нагрузок.

Генератор постоянного тока с обмоткой серии

. Ток возбуждения (возбуждения) в генераторе с последовательной обмоткой такой же, как и ток, который генератор выдает на нагрузку, поскольку они оба соединены последовательно. Если подключенная нагрузка мала и потребляет лишь небольшое количество тока, ток возбуждения также мал. Следовательно, магнитное поле последовательной обмотки возбуждения слишком слабое, и генерируемое напряжение также низкое.

Аналогичным образом, если подключенная нагрузка потребляет большой ток, ток возбуждения также будет высоким. Поэтому магнитное поле последовательной обмотки возбуждения очень сильное, а генерируемое напряжение высокое. Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с последовательной обмоткой является то, что он плохо регулирует напряжение, и в результате генераторы постоянного тока с последовательной обмоткой обычно не используются для флуктуирующих нагрузок.

Генераторы постоянного тока с автовозбуждением серии и серии с обмоткой имеют недостаток, заключающийся в том, что изменения тока нагрузки вызывают серьезные изменения выходного напряжения генератора из-за реакции якоря, и в результате эти типы генераторов постоянного тока используются редко. как ветрогенераторы.

Однако «составной» генератор постоянного тока имеет комбинацию как шунтирующих, так и последовательных обмоток, включенных в один генератор, и которые могут быть соединены таким образом, чтобы получить «составной генератор постоянного тока с коротким шунтом» или «длинный шунтирующий генератор». составной генератор постоянного тока». Этот тип конструкции генератора постоянного тока с самовозбуждением позволяет объединить преимущества каждого типа в одной машине постоянного тока.

Другим способом преодоления недостатков генератора постоянного тока с самовозбуждением является внешнее подключение обмоток возбуждения. Затем это производит другой тип генератора постоянного тока, называемый Генератор постоянного тока с независимым возбуждением .

Как следует из названия, генератор постоянного тока с независимым возбуждением питается от независимого внешнего источника постоянного тока для обмотки возбуждения. Это позволяет току возбуждения создавать постоянный поток магнитного поля независимо от условий нагрузки на якорь. Когда к генератору не подключена электрическая нагрузка, ток не течет, и на выходных клеммах появляется только номинальное напряжение генератора.

Если к выходу подключить электрическую нагрузку, будет протекать ток, и генератор начнет подавать электроэнергию на нагрузку.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением имеет множество применений и может использоваться в качестве генератора ветряных турбин. Однако недостатком генераторов постоянного тока для ветряных турбин является то, что для возбуждения шунтирующего поля необходим отдельный источник питания постоянного тока. Однако мы можем преодолеть этот недостаток, заменив обмотку возбуждения постоянными магнитами, создав генератор постоянного тока с постоянными магнитами или генератор PMDC .

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами можно рассматривать как коллекторный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и постоянным магнитным потоком. Фактически, почти все щеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) можно использовать в качестве генераторов постоянного тока с постоянными магнитами, но, поскольку они на самом деле не предназначены для использования в качестве генераторов, они не являются хорошими генераторами ветряных турбин, потому что при работе в качестве простого постоянного тока генератора, вращающееся поле действует как тормоз, замедляющий ротор.

Эти машины постоянного тока состоят из статора с постоянными магнитами из редкоземельных металлов, таких как неодим или самарий-кобальт, для создания очень сильного магнитного поля статора вместо намотанных катушек и коммутатора, соединенного через щетки с намотанным якорем, как и раньше.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами

При использовании в качестве генераторов постоянного тока с постоянными магнитами двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно должны приводиться в движение намного быстрее, чем их номинальная скорость двигателя, чтобы производить что-либо близкое к их номинальному напряжению двигателя, поэтому машины постоянного тока с высоким напряжением и низкой частотой вращения работают лучше. Генераторы постоянного тока.

Главное преимущество по сравнению с другими типами генераторов постоянного тока заключается в том, что генератор постоянного тока с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменения скорости ветра, поскольку их сильное поле статора постоянно присутствует.

Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами, как правило, легче, чем машины с обмоткой статора, для данной номинальной мощности и имеют более высокий КПД, поскольку отсутствуют обмотки возбуждения и потери в катушках возбуждения.

Кроме того, поскольку статор оснащен системой полюсов с постоянными магнитами, он устойчив к воздействию возможного попадания грязи. Однако, если они не полностью герметизированы, постоянные магниты будут притягивать ферромагнитную пыль и металлическую стружку (также называемую стружкой или опилками), что может привести к внутреннему повреждению.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами является хорошим выбором для небольших ветряных турбин, поскольку они надежны, могут работать на низких скоростях вращения и обеспечивают хороший КПД, особенно в условиях слабого ветра, поскольку их точка включения довольно низкая.

Существует множество готовых генераторов постоянного тока с постоянными магнитами с широким диапазоном выходной мощности от нескольких ватт до многих тысяч ватт. Напряжение постоянного тока, генерируемое машиной постоянного тока с постоянными магнитами, определяется следующими тремя факторами:

• Магнитное поле, создаваемое статором. Это зависит от физических размеров генератора, силы и типа используемых постоянных магнитов.
• Количество витков или петель провода на якоре. Это значение определяется физическими размерами генератора и якоря, а также размером проволочного проводника. Чем больше витков используется, тем выше выходное напряжение. Точно так же, чем больше диаметр провода или площадь поперечного сечения, тем выше ток.
• Скорость вращения якоря, определяемая скоростью вращения лопастей ротора ветряной турбины относительно скорости ветра. Для генераторов и двигателей с постоянным током выходное напряжение пропорционально скорости и, как правило, является линейным.

Уже в продаже

Двигатель постоянного тока VEVOR, номинальная скорость 1750 об/мин, 1/2 л. с., 90 В…

Наиболее распространенным типом генераторов постоянного тока для ветряных турбин и небольших систем ветряных турбин, используемых для зарядки аккумуляторов, является генератор постоянного тока с постоянными магнитами, также известный как генератор постоянного тока. Динамо . Динамо — хороший выбор для новичков в ветроэнергетике, поскольку они большие, тяжелые и, как правило, имеют очень хорошие подшипники, поэтому вы можете установить довольно здоровенные лопасти ротора прямо на вал их шкива.

Дизельные динамо-машины старого образца для грузовиков или автобусов являются лучшим выбором для ветряных турбин, поскольку они предназначены для выработки необходимого напряжения и тока на более низких скоростях с упором на эффективность, а не на максимальную мощность. Кроме того, большинство динамо-машин для автобусов и грузовиков могут генерировать мощность до 500 Вт при напряжении 24 вольта, чего более чем достаточно для зарядки аккумуляторов и питания осветительных приборов в небольших низковольтных системах.

Другие типы двигателей постоянного тока, которые подходят для ветряных генераторов постоянного тока, включают тяговые двигатели, используемые в тележках для гольфа, вилочных погрузчиках и электромобилях. Обычно это двигатели на 24, 36 или 48 вольт с высоким КПД и номинальной мощностью.

Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с постоянными магнитами является то, что эти машины имеют коммутирующие щетки, которые пропускают полный выходной ток генератора, поэтому машины постоянного тока, используемые в качестве динамо-машин и генераторов, требуют регулярного обслуживания, поскольку угольные щетки, используемые для извлечения выработанного тока быстро изнашиваются и производят много электропроводной угольной пыли внутри машины. Поэтому иногда используются генераторы переменного тока.

Автомобильные генераторы переменного тока — еще один очень популярный выбор в качестве простого генератора постоянного тока для использования в качестве генератора ветряной турбины, особенно среди новичков и энтузиастов-любителей, поскольку низковольтный постоянный ток также может генерироваться генераторами переменного тока. Большинство автомобильных генераторов переменного тока содержат выпрямители переменного тока в постоянный, которые обеспечивают постоянное напряжение и ток. В генераторе переменного тока магнитное поле вращается, и переменный трехфазный переменный ток, генерируемый стационарными катушками статора, преобразуется в 12 вольт постоянного тока с помощью внутренней цепи выпрямителя. Автомобильные генераторы переменного тока имеют то явное преимущество, что они специально разработаны для зарядки 12- или 24-вольтовых аккумуляторов.

Закрытые генераторы PMDC предпочтительнее использовать в системах генераторов ветряных турбин, чтобы защитить их от непогоды, но стандартные автомобильные генераторы переменного тока обычно открыты и охлаждаются окружающим воздухом, вентилируемым через генератор, поэтому требуется дополнительная защита от атмосферных воздействий. Они также бывают разных размеров и номинальной мощности, предназначенные для небольших автомобилей и больших грузовиков, и, хотя они могут быть дешевыми, легкодоступными, они не очень эффективны по сравнению с более крупными генераторами постоянного тока с постоянными магнитами.

Ключом к простоте и повышению эффективности является создание ветряной турбины с прямым приводом, в которой лопасти турбины установлены непосредственно на валу главного шкива генератора. Как только вы вводите шестерни, ремни, шкивы или любые другие способы увеличения или уменьшения их скорости, вы вносите потери энергии, дополнительные затраты и сложность.

Несмотря на то, что трехлопастной ротор диаметром от 1,5 до 2 метров достигает скорости более 1000 об/мин, это все же слишком медленно, чтобы подходить для большинства обычных автомобильных генераторов, которые вращаются со скоростью от 2000 и 10000 об/мин, так как они прикреплены к двигателю автомобиля. Тогда потребуется какая-то коробка передач или система шкивов, чтобы увеличить скорость вращения генератора и увеличить его выходную мощность.

Кроме того, автомобильным генераторам переменного тока требуется дополнительный внешний источник питания для подачи небольшого тока смещения (обычно через индикаторную лампу на приборной панели) на катушки возбуждения, чтобы запустить процесс возбуждения и, следовательно, процесс генерации до того, как генератор достигнет своей скорости включения .

Этот внешний ток возбуждения может обеспечиваться присоединенным аккумуляторным блоком, но проблема заключается в том, что аккумуляторы будут постоянно подавать ток на обмотку возбуждения, что может привести к разрядке аккумуляторов, даже когда лопасти турбины неподвижны в периоды нулевого или слабого ветра . Еще одна проблема с современными автомобильными генераторами переменного тока заключается в том, что они созданы из соображений дешевизны и легкого веса, поэтому обычно имеют только небольшие роторные валы диаметром 5/8 дюйма или 17 мм для установки шкива, на который может быть немного мала сторона, чтобы выдерживать вес и напряжения вращающихся лопастей.

Одна из самых сложных частей проектирования небольшой ветряной турбины низкого напряжения для производства электроэнергии – найти подходящий генератор постоянного тока.

Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами — низкоскоростные генераторы, которые достаточно надежны и эффективны при слабом ветре для использования в «автономных» автономных системах для зарядки аккумуляторов или для питания низковольтного освещения и приборов. Как правило, они имеют линейные кривые мощности с низкой скоростью включения около 10 миль в час. К сожалению, становится все труднее найти старые генераторы постоянного тока с постоянными магнитами, которые больше, тяжелее и надежнее.

Наряду с генераторами постоянного тока с постоянными магнитами автомобильный генератор переменного тока также является еще одним популярным выбором среди многих самодельщиков для использования в качестве низковольтных генераторов постоянного тока для ветряных турбин. Однако, будучи автомобильным генератором переменного тока, прикрепленным болтами сбоку, или двигателем внутреннего сгорания, они требуют высоких оборотов для выработки мощности и не всегда очень эффективны. Автомобильные генераторы также требуют внешнего источника питания для питания электромагнитов, создающих внутреннее магнитное поле.

Автомобильные генераторы ограничивают собственный ток с помощью встроенной схемы регулятора, которая также предотвращает перезарядку подключенных аккумуляторов генератором. Тем не менее, автомобильный генератор переменного тока никогда не следует подключать к аккумуляторной батарее в обратном направлении или запускать генератор на высоких скоростях без подключенной батареи, так как выходное напряжение поднимется до высокого уровня (намного больше 12 вольт) и разрушит внутренний выпрямитель.

Низковольтные автономные ветроэнергетические системы постоянного тока отлично подходят для зарядки аккумуляторов и т. д., но если мы хотим питать более крупные устройства, подключенные к сети, или иметь систему, которая «привязана к сети», нам нужно либо использовать какую-либо форму инвертора для изменения постоянного тока низкого напряжения, генерируемого генератором постоянного тока с постоянными магнитами, в источник переменного тока более высокого напряжения (120 или 240 вольт) или установите другой тип ветряного генератора.

В следующем уроке об энергии ветра мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой синхронным генератором.