Високочастотні електричні машини - генератори індукторів з перемиканням потоку магнітного збудження в статорі
Розглянемо ще один тип генератора індуктивності з кільцями якоря, зосередженими на статорі, що збуджуються постійними сегментними магнітами статора, з включенням магнітного потоку на статорі (рис. 5-24). Обмотка якоря 2 намотана на заряджену частину статора 4; Між цими деталями знаходяться постійні магніти 1. На стататорі є чотири виступаючі зубці. Ротор зубчастий, без обмоток. У положенні ротора, яке показано на рис. 5-24,а, магнітний потік постійних магнітів проходить через зуби, як зазначено стрілками. Якщо повернути ротор на ширину його зубів, то над зубами статора, де були зуби ротора, з'являться канавки ротора, і провідність в цій частині зменшиться. Зуби ротора будуть знаходитися вище двох інших зубів статора, розташованих діаметрально; Тепер провідність по осі цих зубів невелика і магнітний потік проходить так, як зазначено на рис. 5-24.б. Магнітний потік, що проникає в обмотку якоря, при обертанні на половину поділки зуба змінює напрямок на протилежний. Зміна напрямку потоку в статорі відбувається тільки на ділянках, де розміщена обмотка якоря. Так як ці ділянки статора перемагнічуються, їх виготовляють з листової електротехнічної сталі, виготовляють із зарядженої.
Рис. 5-24. За принципом роботи генератора індуктивності з перемиканням магнітного потоку в статорі.
При обертанні ротора відбувається зміна потокової муфти обмоток якоря і в них індукуються котушки якоря. Ротор обертається з такою ж частотою. У котушках індуктивності генераторів цього типу поряд із збудженням від постійних магнітів можливе застосування обмотки збудження, яка розміщується в зоні розташування постійних магнітів. У сталому режимі роботи генератора зв'язок потоку з такою обмоткою збудження незмінний. При різкій зміні навантаження генератора може виникати змінний струм і обмотка збудження. Тому на постійні магніти надівається демпферне мідне кільце. Слід зазначити, що конструкція котушки індуктивності генератора з перемиканням магнітного потоку в статорі була запропонована в 1948 році членом-кореспондентом Російської академії наук. АН СРСР, проф. В даний час в різних установках широко використовуються індукторні надшвидкодіючі мікрогенератори [Л. 45, 54, 61]. Такі обертові генератори потужністю від 5 до 500 Вт побудовані на частоти струму до 40 кГц з частотою обертання ротора з газовою турбіною (60-200)·\103 об/хв. При цьому діаметр зубчастого ротора становить 13-25 мм, а діаметр валу під роторним пакетом - 6-10 мм. намотаний на задню частину пакета статора. Кількість зубів на роторі з чотирма зубцями на статорі вибирають як 6, 10,.. .,32... Зазначена обмотка якоря складається з двох котушок, з'єднаних послідовно з індукованою в них сумарною напругою Ug = (60-220) В.
Залежно від номінальної частоти напруги генератора число зубів гребінки статора вибирається з одного зуба і більше. Рис. 5-25, а показаний лист (відрізок) пакета статора з двома зубцями, а рис. 5-25.б — з вісьмома зубцями (по чотири зубці з кожного боку листа).
Поділки зубів на статорі і роторі однакові і визначаються числом зубів ротора, яке вибирається для отримання газовою турбіною необхідної частоти струму при заданій частоті обертання ротора.
Відношення ширини зуба до поділу зуба підбирається так само, як і в звичайних індукторних машинах порядку 0,35-0,45. При цьому ширину зуба слід вибирати з урахуванням технології виготовлення близько 1 мм.
З метою зменшення розмірів і ваги генератора для магнітопроводу використовуються феромагнітні тонколистові матеріали з високою магнітною проникністю. Корпуси статора і ротора зібрані з пластин товщиною близько 0,1 мм з максимальною магнітною індукцією до 20 Тл.
5-25. Листи ротора і відрізки листа статора генератора індуктора з перемиканням магнітного потоку в статорі.
а — з одним зубцем з одного боку відрізка листа статора; б — з чотирма зубцями з одного боку відрізка листа статора.
Сегменти пакета статора опускаються у ванну з клеєм, який за допомогою ультразвукового приладу проникає між пластинами і склеює їх між собою. Після цього відрізок пакета статора для сушіння поміщають в піч з температурою близько 80 °С на 2-3 години. Загорнутий сегмент статора поміщають в спеціальну форму і заливають епоксидною смолою, після чого сушать при температурі (60-80) °С.
Після розточування і шліфування відрізки надходять в зону складання електрогенератора. Між двома сегментами статора встановлені два постійних магніту і статор змішується з рамкою (корпусом). На постійні магніти надіваються мідні гільзи, які служать для гасіння поля реакції якоря.
Листи пакета ротора розміщені на рифленому валу без шпонок. У деяких випадках на валу роблять дві (для кращого динамічного балансування і жорсткості вала) діаметрально протилежні канавки, і такі ж виступи штампують на внутрішній стороні пластини. При цьому виключається зміщення пластин ротора відносно один одного, що дуже важливо при невеликій ширині зуба для забезпечення необхідної модуляції магнітної індукції в зазорі.
На частотах (16-40) кГц конденсатори включаються в ланцюг обмотки якоря послідовно з навантаженням для зменшення сумарного індуктивного опору ланцюга якоря.
Високочастотні електричні машини - торцеві машини з дисковим ротором без вала
У Франції для кріогенної установки створена торцева магнітна муфта зі швидкістю обертання 12-10 об / хв з безваловим торцевим ротором. Обертова приводна частина муфти з постійними магнітами тягнеться за собою ротора з постійними магнітами без валів, відокремленого від приводу немагнітною перегородкою. Ротор підтримується аеродинамічною тягою, розташованою на периферії кільцевого статора. Стабілізація ротора в радіальному напрямку здійснюється за допомогою кільцевої обмотки, розміщеної в нижній частині, і кільцеподібних виступів на верхній частині турбінного колеса і на станині.
В даний час, з розвитком низькотемпературної мікрокріогенної технології, виникла необхідність створення електричної машини, в якій ротор повинен бути відокремлений від статора перегородкою.
Обертові електричні машини виготовляються циліндричної або торцевої форми.
Відомі конструкції циліндричних індукторних машин не можуть бути використані в установках з великою різницею тисків і температур, так як неможливо повністю виключити теплопередачу від статора до ротора і забезпечити надійну герметизацію при великій різниці тисків в області статора і ротора. ·
Доцільність використання верстата котушки індукторного типу пояснюється тим, що машина є надшвидкохідною і її ротор повинен бути монолітним без обмоток.
Рис. 5-26. Торцевий генератор індуктора з дисковим безваловим зубчастим ротором: а – поздовжній розріз: б – вид зверху (секція).
Залежно від призначення установки індукторна кінцева електрична машина працює або в режимі електродвигуна (в турбокомпресорі), або в режимі електрогенератора (в турборозширювачі), що приводиться в рух газовою турбіною, розміщеної на роторі. Рис. 5-26 показана торцева індукторна машина з дисковим валом ротора. Площини торцевого статора і дискового ротора розташовані горизонтально.
Магнітопровід статора 1 намотаний у вигляді тороїда з тонкої сталевої стрічки. У верхній його частині зроблені напівзамкнуті канавки 2 в радіальному напрямку, в яких розміщуються дві трифазні обмотки з різною кількістю полюсів. Статор кріпиться до нижньої частини (днища) станини 4 і фіксується внутрішнім кільцем 5. Статор відокремлений від ротора немагнітною дисковою пластиною 6.
Дископодібний феромагнітний ротор 7 не має валу і спирається на газову тягу 8, яка складається з двох частин. Один диск завзятої пластини закріплений на роторі і обертається разом з ним, а другий диск нерухомий і закріплений на станині. На поверхні ротора феромагнітного диска, зверненого до статора, є зуби 9, розташовані радіально (ливарне або фрезерне).
Робочим магнітним полем для однієї з обмоток трифазного статора є основна зубчаста гармоніка поля, яка обумовлена зубчастістю ротора при заданому збудженні н.с. У моторному режимі взаємодія поля з н.с. обмотки вторинного статора викликає появу магнітних тангенціальних сил, які діють на феромагнітні зуби ротора і несуть його в напрямку обертання першої гармоніки магнітного поля.
Швидкість обертання дискового ротора торцевого індукторного двигуна визначається частотою струму первинної обмотки і числом зубців ротора:
де р1 - число пар пар первинних полюсів; N1 - частота обертання першої гармоніки магнітного поля з поділом полюса первинної обмотки.
Для того щоб виключити коливання (переміщення) ротора в радіальному напрямку, існує магнітна стабілізація. Для цього розміщується дискова обмотка 10. На шляху магнітного потоку є кільцеподібні виступи, виконані як на роторі, так і на нерухомій частині 11 — станині. У нормальному положенні ці кільця - виступи знаходяться один під одним. У разі випадкового прогину в радіальному напрямку обертового ротора кільця виступи ротора зміщуються щодо нерухомих, що призводить до виникнення радіальних магнітних сил, напрямок яких протилежно тому, в якому диск ротора змістився (відхилився). Лінії магнітного поля типу «гумові нитки» стабілізують обертовий ротор в радіальному напрямку.
Газова турбіна служить навантаженням для кінцевого двигуна індуктора. При використанні даної електричної машини в генераторному режимі приводним двигуном є газова турбіна. Турбінне колесо 7 з лопатями і круглими отворами 12 для газу показано на тому ж рис. 5-26. Конструкція газової турбіни може бути різною в залежності від призначення даної установки.
Збудження торцевого (дискового) генератора індуктора здійснюється за допомогою кільцевої обмотки 10 з його постійною подачею струму. Диск 8 виготовлений з немагнітного матеріалу. Для збудження можна використовувати і вторинну обмотку статора, підключивши її до джерела постійного струму. При цьому при обертанні ротора газовою турбіною магнітна провідність, а отже, і зв'язок потоку з обмоткою якоря, змінюється при використанні зубчастого ротора, в якому електроенергія індукується з частотою
Швидкість обертання ротора даної електромашини повинна вибиратися виходячи з запасу механічної міцності деталей дискового ротора.
Особливістю кінцевої вертикальної електричної машини є складний баланс сил, що діють на ротор. Слід мати на увазі, що під дією обмотки статора 3 виникають сили, під впливом якихТор 7 притягується до пакета статора. Крім того, відбувається реакція газової турбіни, напрямок якої залежить від режиму роботи. Ці зусилля компенсуються (поглинаються) в даній машині завзятою плитою 8 і стабілізуючим пристроєм з верхньою тягою 13. Тяга 8 створює силу реакції, спрямовану на сили притягання обмотки статора, гравітаційні сили від ротора і осьову складову реакції газової турбіни.
Отже, в кінцевій обмотці машини індуктора магнітні поля, маса ротора і реакція газової турбіни вибираються з умови повної компенсації осьових і радіальних сил.
*
Немає коментарів:
Дописати коментар