Моторы и Генераторы на переключении магнитного потока
***
Из учебника 1968 года:
2-5. МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ КОММУТАТОРНОГО
ТИПА
В
последние годы в связи с увеличением скоростей привода генераторов стали
находить применение магнитные системы коммутаторного типа. В отличие от
магнитных систем со звездообразным и когтеобразным ротором, допустимые скорости которых ограничиваются малой прочностью магнитов, коммутаторные системы
допускают практически неограниченную скорость вращения, так как ротор коммутатор
представляет собой звездочку небольшого веса,
набранную из листов электротехнической стали. Постоянные магниты и обмотка якоря
неподвижны.
Конструкция
коммутаторного генератора с
постоянными магнитами была впервые разработана профессором (инженером-электриком) А. Н. Ларионовым в МЭИ еще в 1943 г. Генератор был снабжен четырьмя магнитами и
обмоткой (переменного тока).
Конструкция
генератора должна обеспечивать возможность намагничивания магнитов после
сборки генератора.
Каждый
постоянный магнит при данном положении коммутатора создает поток в своем
сердечнике. При вращении коммутатора в каждой катушке якоря наводится ЭДС:
где ωк — число витков в катушке; Фс—поток в сердечнике; можно считать Фс=Ф1/2, так как через каждый воздушный зазор проходит магнитный поток от обоих магнитов.
Синусоидальность ЭДС в обмотке якоря обеспечивается соответствующим перекрытием полюсов статора полюсами коммутатора, неравномерностью воздушного зазора и скосом полюсов коммутатора.
***
(для информации)
Индукторный сверхпроводниковый генератор.
В нем периодическое экранирование стационарного магнитного поля осуществляется проводниковым ротором без потерь на вихревые токи. На статоре имеется сверхпроводниковая обмотка возбуждения 1 (смотри рисунок 17) и якорная сверхпроводниковая обмотка, состоящая из катушек 2, размещенных по периферии окружности. Обмотка 1 и катушка 2 изготовлены из сверхпроводника второго рода. Ротором является диск 3 из сверхпроводника первого рода. На наружной части диска 3 имеются прорези 4 и выступы 5. Вся конструкция помещена в криостат и залоложена до необходимых низких температур.
При вращении диска от внешнего привода напротив каждой катушки 2 находится попеременно то выступ, то прорезь диска, благодаря чему потокосцепление катушек 2 изменяется и в них наводится рабочая ЭДС. Магнитное поле мало, т.к. оно определяется критической индукцией для сверхпроводника первого рода и не превышает 0,2 Тл. Однако за счет конструктивной простоты ротора и отсутствия стальных магнитопроводов такой генератор конкурентоспособен по отношению к обычным БСГ по массогабаритным показателям. Такой генератор при мощности 30 кВт, 1200 об/мин, имеет удельную массу т* = 0,5 кг /кВт.
********
ПАТЕНТЫ и РАЗРАБОТКИ
Патент US4567407 ( 1986-01-28 ) Джон У. Эклин
"Смещенный Унифицированный двигатель Генератор переменного тока сo Стационарной арматурой и полем"
Аннотация -Унифицированный (единичный) двигатель и генератор переменного тока с переключателем потока, имеющий стационарное поле, якорь и обмотки двигателя, который обеспечивает магнитный путь для подачи части входной мощности двигателя и увеличения переменного тока выход генератора переменного тока. Ротор, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью (твердая или слоистая мягкая сталь) , управляется по частоте вращения путем регулирования величины и времени импульсного постоянного тока (постоянного тока), подаваемого на обмотки двигателя который может быть намотан на неподвижные ножки или ротор. Поток тока в обмотках двигателя может управляться механическим коммутатором, если обмотки двигателя находятся на роторе, или твердотельным преобразователем, если обмотки двигателя находятся на ножках таким образом, который обычно связан с бесщеточными двигателями постоянного тока. Обмотки постоянного тока генератора переменного тока с переключателем потока могут быть заменены постоянными магнитами, так как реверсивное поле в выходных обмотках переменного тока преимущественно стационарно во времени.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с принципом настоящего изобретения предусмотрен унифицированный генератор переменного тока с переключателем потока, стационарное поле потока которого устанавливается катушками постоянного тока или постоянными магнитами.
В соответствии с другим принципом настоящего изобретения твердый или слоистый стальной ротор вращается и синхронизируется импульсами тока, подаваемыми либо на неподвижные катушки двигателя на ножках, либо на обмотку на роторе для увеличения заданных магнитных полярностей с использованием стандартных процедур коммутации. Этот импульсный поляризованный магнитный поток двигателя проходит через выходные катушки переменного тока, обеспечивая более толстую синусоидальную волну для увеличения выходной мощности.
Из приведенного выше описания также следует, что изобретение является электрически, магнитно и механически недорогим и несложным с использованием только хорошо известных и полностью разработанных технологий.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые объекты и другие сопутствующие преимущества и особенности настоящего изобретения будут более легко оценены по мере того как они будут лучше поняты со ссылкой на следующее подробное описание взятое в сочетании с прилагаемыми чертежами в которых:
Рисунок 1 -представляет собой схему магнитной цепи иллюстрирующую основной вариант изобретения о том как сталь движется с консервативными силами в магнитном поле,
Рисунок 2 - это простой известный индукторный генератор переменного тока,
Рисунок 3 -представлен простой априорный переключатель потока генератора с использованием постоянных магнитов, демонстрирующий, как магнитный поток реверсируется в катушках переменного тока путем поворота стального ротора,
На рис. 4 представлен конечный вид агрегатированного моторного генератора , включающего настоящее изобретение,
Рисунок 5 иллюстрирует ротор для 6-полюсного унифицированного MG, и
Рисунок 6 показана модификация, в которой обмотки двигателя постоянного тока находятся на полюсах якоря.
****
Еще один небезызвестный тип генератора Квантовый Электрический Генератор [QEG], который сильно нашумел в информационном пространстве искателей Свободной Энергии. Авторство с какого-то перепугу, приписывают Николе Тесла (Патент US511916 1894 года).
В квантовом электромагнитном генераторе применена резонансная схема возбуждения , все остальное это решения не Теслы, для генератора переключения потока. На слайде со схемами обоих генераторов резонансную цепь возбуждения я выделил красным.
Следует отметить, что в патенте Теслы присутствует и традиционная схема возбуждения от электромагнита. Хочу заметить, что применить резонансную систему возбуждения довольно сложно для потребительских нагрузок. Традиционная схема возбуждения куда эффективнее.
****
Данная конструкция пересекается еще с одним Патентом US2816240 1957-12-10 "High speed composite electro-magnet and permanent magnet generator", изобретатель: Роберт Л. Циммерман
Думаю даже внешне можно определить общий принцип действия. Идем дальше что мы имеем в реальных конструкциях?
******
Коммутаторные генераторы (или генераторы с переключением потока) работают на принципе периодического изменения направления магнитного поjтока в якоре за счет изменения геометрии магнитной цепи. Схема генератора приведена на рисунке 12/32.
Рисунок 12/32 - Эскиз магнитной цепи генератора комбинированного возбуждения коммутаторного типа
1-магнит; 2 - коммутатор (подвижный керн); 4 -катушки якоря; 5 - сердечник якоря; 6 - обмотка подмагничивания; 7 - вал; 8 - корпус.
На статоре размещаются призматические постоянные магниты 1, сердечники 2 из магнитомягкой стали с полюсными башмаками 3 и две якорные катушки 4. Магниты 1 охвачены высоко проводящими демпферными кольцами 5, защищающими их от нестационарных размагничивающих эффектов. Ротор представляет собой звездочку 6 из магнитомягкой стали, являющуюся коммутатором потока. В положении на рис. 12 зубцы ротора располагаются напротив полюсных башмаков статора во втором и четвертом квадрантах, и поток Ф, создаваемый магнитами, замыкается по пути с минимальным воздушным зазором таким образом, что в сердечниках 2 он направлен справа налево. Когда ротор повернется на некоторый угол, зубцы ротора займут, положение напротив полюсных башмаков статора в первом и третьем квадрантах и направление потока в сердечниках 2 изменится на противоположное. При вращении ротора это изменение потока в сердечниках 2 имеет периодический характер, и в якорных катушках 4 наводятся переменные ЭДС.
Наряду с магнитоэлектрическими коммутаторными генераторами могут использоваться коммутаторные генераторы с электромагнитным или комбинированным возбуждением.
Достоинством коммутаторных генераторов является простота конструкции, высокая надежность, способность генерировать однофазный ток повышенной частоты. Однако для получения трехфазного тока такие генераторы использовать практически невозможно.
Коммутаторные генераторы могут выполняться на скорости вращения ротора до 60000 об/мин при мощностях до 5 кВА.
****
Еще раньше подобный принцип был запатентован и реализован в Германии: Двойной магнит (Динамо) US2116353A Гранд США Дата приоритета: 1934-08-28, изобретатель: Клайбер Эрих; Оригинал Получателя: Роберт Бош
https://rakatskiy.blogspot.com/2018/12/1935.html
Страничка из Википедии Генератор с переключением потока
https://en.wikipedia.org/wiki/Flux_switching_alternator
Генератор переменного тока с переключением потока представляет собой разновидность высокоскоростного генератора переменного тока, электрического генератора переменного тока, предназначенного для прямого привода от турбины . Они имеют простую конструкцию, ротор не содержит катушек или магнитов, что делает их прочными и способными работать на высоких скоростях. Это делает их подходящими только для их широкого применения в управляемых ракетах
****
Согласно Википедии, утверждению автора для людей такой генератор не подходит, слишком простой, надежный и долговечный. Не подходит по причине больших скоростей вращения. Для ракет и самолетов, с их электрической цепью постоянного тока подходит, а для простых потребителей не подходит. Вам не кажется это странным? Конструкторы и авторы дают ответ, применить данный тип генератора невозможно применить для производства трехфазного тока промышленных частот.
Данная электрическая машина пересекается с электромоторами переключения магнитного потока, вентильно-индукционными моторами, вентильно-реактивными моторами с постоянными магнитами Самая известная реализация мотора данного принципа это Мотор переключения магнитного потока Джо Флинна: US 2008/0272664 A1, Nov. 6, 2008, "PERMANENT MAGNET ELECTRO-MECHANCAL DEVICE PROVIDING MOTORAGENERATOR FUNCTIONS"
На слайде (в правом углу) так же присутствует фотография мотора из Ростова на Дону, изобретателя Корнилова. К сожалению в 2021 году оба изобретателя Джо Флинн (США) и Корнилов (Ростов на Дону) ушли из жизни. Корнилов умер, при загадочных обстоятельствах. Сайт Корнилова, где презентуется данный мотор исчез из сети http://ckbtopaz-yug.ru/nashi-razrabotki/eppm-5-kvt.html .
Электро-механический привод на постоянных магнитах ЭМПП - 5 кВт.ЭМППМ обладает всеми достоинствами ВИД:- Высокие массогабаритные характеристики. Широкий диапазон вращения от сотен до тысяч об/мин.- Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения- Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы.- Разгон и торможение с необходимым ускорением.Реверсирование.- Самоторможение.- Питание от сетей постоянного и переменного (одно- и техфазного) напряжения.- Отсутствие механического коммутатора.На роторе отсутствует обмотка.- Малое количество меди.- Высокая ремонтопригодность.
По моей информации Корнилов с командой, как раз закончил работу над самоходным источником энергии 70 кВт, где мотор и генератор на принципах, который мы рассматриваем в данном материале (фото конструкции ниже). На сегодня сразу после загадочной смерти Корнилова, его лаборатория разграблена и судьба технологии неизвестна.
Предложение по сотрудничеству:Дальнейшее развитие проекта предусматривает изготовление действующих моделей ЭМППМ для подготовки производства. Наиболее перспективными в этом ряду, по мнению команды разработчиков, является подготовка производства ЭМППМ для следующих рыночных ниш.Типовой ряд без топливных электростанций на базе ЭМППМ.Базовая модель имеет следующие характеристики: Мощность – 15 кВт; Скорость – 12 000 об/минЭлектростанции комплектуются авиационными электрогенераторами российского производства.Базовая модель ЭМППМ конструируется как модуль и предполагает возможность сборки таких модулей на одном валу с получением силовых агрегатов с мощностями, кратными 15 кВТ. Имеется действующий лабораторный макет. Силовой автомобильный агрегат на базе ЭМППМ.Базовая модель имеет следующие характеристики: Мощность – 120 кВт; Скорость – 6 000 об/минРазвитием второго направления является проект запуска в производство электромобиля на базе ЭМППМ.Так же имеются результаты испытаний мотора 0,5 кВт мощности и сравнение эффективности с аналогичным по мощности мотором. В эксперименте принимали участие два мотора Один с системой переключения магнитного потока, Второй Вентильный-Индукционный. Результаты эксперимента приведены в таблице:
Страница 12 из 20
Рассмотрим еще один тип индукторного генератора с сосредоточенными на статоре кольцевыми обмотками якоря, с возбуждением от постоянных сегментных статорных магнитов, с коммутацией магнитного потока на статоре (рис. 5-24). Обмотка якоря 2 намотана на шихтованную часть статора 4; между этими частями расположены постоянные магниты 1. На статоре есть четыре выступающих зубца. Ротор зубчатый, без обмоток. При том положении ротора, которое показано на рис. 5-24,а, магнитный поток постоянных магнитов проходит через зубцы, как указано стрелками. Если повернуть ротор на ширину его зубцов, то над зубцами статора, где были зубцы ротора, окажутся пазы ротора, проводимость в этой части уменьшится. Зубцы ротора окажутся над двумя другими зубцами статора, расположенными диаметрально; теперь по оси этих зубцов проводимость небольшая и магнитный поток проходит так, как указано на рис. 5-24,б. Магнитный поток, пронизывающий обмотку якоря, при повороте на половину зубцового деления меняет направление па противоположное. Изменение направления потока в статоре происходит только на участках, где помещена обмотка якоря. Так как указанные участки статора перемагничиваются, то их выполняют из листовой электротехнической стали, делают шихтованными.
Рис. 5-24. К принципу действия индукторного генератора с коммутацией магнитного потока в статоре.
При вращении ротора происходит изменение потокосцеплении обмоток якоря и в них наводится э. д. с. Катушки якоря соединяются последовательно таким образом, чтобы их э. д. с. суммировались. Ротор при вращении перемагничивается с той же частотой. В индукторных генераторах такого типа наряду с возбуждением от постоянных магнитов можно применить и обмотку возбуждения, которая помещается на участке, где расположены постоянные магниты. При установившемся режиме работы генератора потокосцепление с такой обмоткой возбуждения неизменно. По при внезапном изменении нагрузки генератора может возникнуть переменный ток и обмотке возбуждения. Поэтому на постоянные магниты надевают демпферное медное кольцо. Следует отметить, что конструкция индукторного генератора с коммутацией магнитного потока в статоре была предложена в 1948 г. чл.-корр. АН СССР, проф. А. Н. Ларионовым. В настоящее время индукторные сверхвысокоскоростные микрогенераторы широко применяют в различных установках [Л. 45, 54, 61]. Такие вращающиеся генераторы мощностью от 5 до 500 Вт строят на частоты тока до 40 кГц с частотой вращения ротора с газовой турбиной (60-200)·/103 об/мин. При этом диаметр зубчатого ротора 13-25 мм, а диаметр вала под пакетом ротора 6-10 мм. Количество зубцов ротора и частота вращения определяют частоту э. д. с. и тока в однофазной катушечной обмотке якоря, намотанной на спинку пакета статора. Число зубцов на роторе при четырех зубцах на статоре выбирается равным 6, 10,.. .,32... Указанная обмотка якоря состоит из двух последовательно соединенных катушек с суммарным индуктируемым в них напряжением Uг = (60-220) В.
В зависимости от номинальной частоты напряжения генератора количество зубчиков гребенки статора выбирается от одного зубца и более. На рис. 5-25,а показан лист (сегмент) пакета статора с двумя зубцами, а на рис. 5-25,б — с восемью зубцами (с каждой стороны листа по четыре зубца).
Зубцовые деления на статоре и роторе одинаковы и определяются числом зубцов ротора, которое выбирается для получения необходимой частоты тока при данной частоте вращения ротора газовой турбиной.
Отношение ширины зубца к зубцовому делению выбирается так же, как и в обычных индукторных машинах порядка 0,35-0,45. При этом ширину зубца следует выбирать с учетом технологии изготовления порядка 1 мм.
С целью уменьшения габаритов и массы генератора для магнитной цепи применяются ферромагнитные тонколистовые материалы с высокой магнитной проницаемостью. Пакеты статора и ротора набирают из пластин толщиной порядка 0,1 мм с максимальной магнитной индукцией до 2.0 Т.
Рис. 5-25. Листы ротора и сегменты статорных листов индукторного генератора с коммутацией магнитного потока в статоре.
а — при одном зубце на одной стороне сегмента статорного листа; б — при четырех зубцах на одной стороне сегмента статорного листа.
Сегменты пакета статора опускаются в ванну с клеем, который с помощью ультразвуковой установки проникает между пластинами и склеивает их. После этого сегмент пакета статора для сушки на 2—3 часа помещают в печь с температурой порядка 80 °C. Склеенный сегмент пакета статора поступает на обмоточный участок, где на него надевается пластмассовый каркас, состоящий из двух половин, после чего проводом ПЭВ-2 наматывается катушка. Обмотанный статорный сегмент помещается в специальную пресс- форму и заливается эпоксидной смолой, затем сушится при температуре (60—80) °C.
После расточки и шлифовки сегменты поступают па сборочный участок электрогенератора. Между двумя статорными сегментами устанавливают два постоянных магнита и помешают статор в станину (корпус). На постоянные магниты надеты медные гильзы, которые служат для демпфирования поля реакции якоря.
Листы пакета ротора помещают на рифленый вал без шпонок. В отдельных случаях делаются две (для лучшей динамической балансировки и жесткости вала) диаметрально противоположные канавки на валу, а на внутренней стороне пластины штампуют такие же выступы. В этом случае исключено смещение роторных пластин относительно друг друга, что очень важно при малой ширине зубца для обеспечения необходимой модуляции магнитной индукции в зазоре.
При частотах (16—40) кГц в цепь обмотки якоря последовательно с нагрузкой включают конденсаторы для уменьшения суммарного индуктивного сопротивления якорной цепи.
Слава Україні! Героям Слава!
Немає коментарів:
Дописати коментар