Меню

Что такое шестиполюсный генератор

Что такое шестиполюсный генератор

6-полюсный низкооборотный электрогенератор

Генератор сконструирован для проведения исследовательских работ по направлению «Альтернативные источники энергии: ветрогенераторы».

Характеристики электрогенератора:

  • количество полюсов магнита — 6, магнитная индукция в зазоре 0.205 Тл ( усредненное значение по всем полюсам) , количество катушек — 7, катушки намотаны проводом ПЭВ-2 0.4 мм, число витков ≈ 500
  • выходное напряжение холостого хода (без нагрузки) прямо пропорционально частоте вращения ротора и составляет около 2 В ( 1.91 В, действующее значение) при частоте вращения 1 оборот в секунду
  • внутреннее сопротивление 28 Ом
  • максимальный выходной ток 0.25 А (действующее значение)
  • габариты: длина 100 мм, ширина 100 мм, высота 55 мм
  • масса не более 1 кг

Конструкция электрогенератора

Эскиз электрогенератора приведен на рис. 1.

Рис. 1. Эскиз 6-полюсного низкооборотного электрогенератора.

На квадратном стальном основании (статор) расположены по окружности катушки в форме цилиндрических соленоидов со стальными сердечниками (7 штук). В центре основания закреплен подшипник, в который вставлена ось. На оси крепится постоянный магнит — кольцо из феррита бария типоразмера К75 х 28 х 12. Кольцо намагничено аксиально, число полюсов — 6 (многополюсное намагничивание с переменной полярностью). Сверху к кольцу приклеена эпоксидной смолой стальная площадка квадратной формы. Она служит для уменьшения магнитного сопротивления, а также для крепления привода — ветродвигателя. Намагничивание магнита осуществлялось в установке намагничивания [1 4 ] с шестиполюсным намагничивающим устройством [ 1 5]. Расчет катушек генератора выполнен с помощью программы Coil [ 2 ]. Электрические характеристики генератора достаточно хорошо соответствуют расчетным [ 3, 10]. При испытаниях выяснилось, в частности, следующее. В режиме холостого хода выходное напряжение растет прямо пропорционально частоте вращения ротора генератора. В режиме короткого замыкания выходной ток с ростом частоты вращения достигает некоторого предельного значения (250 мА). В режиме работы на нагрузку выходной ток также достигает предельного значения (250 мА) с увеличением частоты вращения, то есть генератор переходит в режим источника тока.

26 Кбайт). Скопированный файл может быть проверен на отсутствие вирусов в режиме on-line [ 9 ] .

Данная конструкция электрогенератора послужила основой для разработки других вариантов низкооборотных электрогенераторов [ 5 , 6 ].

Расчет магнитной системы генератора произведен методом конечных элементов [ 11 ] с помощью программы Ansoft Maxwell [1] . На рис. 2 показана расчетная трехмерная модель магнитной системы электрогенератора.

Рис. 2. Трехмерная расчетная модель магнитной системы электрогенератора в программе Ansoft Maxwell [ 1 ] . Шаг сетки 1 мм. Стальные детали изображены серым цветом, полюса постоянного магнита — красным и синим. Обмотки не показаны.

Стальные детали электрогенератора изготовлены из малоуглеродистой стали, магнитные свойства которой представлены на рис. 3.

Рис. 3. Кривая намагничивания малоуглеродистой стали, использованной при изготовлении электрогенератора.

В электрогенераторе использован кольцевой 6-полюсный постоянный магнит типоразмера К75 х 28 х 12 (полюса в виде секторов обозначены синим и красным цветом на рис. 2) из феррита бария ( Fe-B ) со следующими магнитными свойствами [7] : остаточная индукция 0.3 5 Тл, коэрцитивная сила по намагниченности 1 5 0 кА/м. Постоянный магнит намагничен в установке намагничивания [1 4 ] с 6-полюсным намагничивающим индуктором [1 5 ] . Так как ток в обмотках генератора предполагается равным нулю (реакция якоря отсутствует), то в расчетной модели обмотки отсутствуют. На рис. 4 показана зависимость магнитной индукции на оси стального сердечника катушки от расстояния от основания электрогенератора. Среднее значение магнитной индукции в сердечнике 0.861 Тл.

Читайте также:  Ауди 80 генератор как подключить провода

Рис. 4. Магнитная индукция на оси сердечника катушки электрогенератора при максимальном потокосцеплении и нулевом токе в катушке. Магнитная индукция в воздушном зазоре между магнитом и полюсным наконечником катушки 0.22 Тл (усредненное расчетное значение) соответствует измеренной 0.2 05 Тл. Среднее расчетное значение магнитной индукции в сердечнике катушки 0.861 Тл.

Рассчитанное значение магнитной индукции в воздушном зазоре 0.22 Тл (рис. 4) не слишком сильно отличается от измеренного с помощью тесламетра [8] (0.205 Тл — усредненное измеренное значение по всем полюсам). Таким образом, можно сделать вывод, что расчетная модель достаточно хорошо соответствует реальной конструкции. Среднее расчетное значение магнитной индукции в сердечнике катушки на длине 20 мм B0 ≈ 0 .861 Тл может быть подставлено в программу PM_Generator [3] . Результат расчета показан на рис. 5 и частично в таблице 1.

Рис. 5. Расчет параметров электрогенератора с помощью программы PM_Generator [3] .

Таблица 1. Соответствие рассчитанных и измеренных параметров электрогенератора.

Параметр Рассчитанное значение Измеренное значение
Число витков одной катушки ≈ 517 500
Внутреннее сопротивление Rin , Ом 24.94 28
Напряжение холостого хода Uxx , В (частота вращения ротора 1 об./с) 2.095 1.91

Соответствие измеренных и рассчитанных значений достаточно хорошее с учетом того, что форма выходного напряжения генератора отличается от синусоидальной (рис. 6 ), а удельное сопротивление обмоточного провода, как правило, несколько больше справочного значения для меди (1.67 ∙ 10 -8 Ом ∙ м [12] ) из-за наличия примесей.

Рис. 6. Выходное напряжение холостого хода электрогенератора при частоте вращения ротора 1 оборот в секунду.

Активное сопротивление генератора при последовательном включении обмоток измерено мультиметром APPA-107N и составило 28 + 0.05 Ом.

Индуктивность генератора при последовательном включении обмоток измерена LC -метром VC6243 и составила примерно 70 мГн (на частоте 1000 Гц).

Для снятия зависимости выходного напряжения генератора от частоты вращения ротора при разных нагрузках был собран стенд на основе малогабаритного вертикально-фрезерного станка Корвет-411 с регулируемой частотой вращения оборотов шпинделя (рис. 7).

Рис. 7. Стенд для снятия зависимости выходного напряжения электрогенератора от частоты вращения ротора при разных нагрузках.

Генератор крепится на столе станка. Стол станка перемещается в продольном и поперечном направлении, чтобы ось ротора генератора совпала с осью шпинделя станка. Далее ось ротора зажимается в патроне. К выводам генератора подключается осциллограф UTD2102CEL-R и резистивная нагрузка (при необходимости). Шпиндель станка приводится во вращение с заданной частотой. С помощью осциллографа определяется как частота вращения ротора генератора, так и его выходное напряжение. Зависимость действующего значения выходного напряжения генератора от частоты вращения ротора при разных нагрузках представлена на рис. 8.

Читайте также:  Как снять диодный мост с генератора газ

Рис. 8. Зависимость действующего выходного напряжения генератора от частоты вращения ротора при разной нагрузке.

Выходное напряжение генератора без нагрузки растет примерно линейно с увеличением частоты вращения. При работе генератора на нагрузку выходное напряжение генератора при увеличении частоты вращения ротора достигает некоторого максимального значения, при котором действующее значение выходного тока через нагрузку равно примерно 0.25 А. Этот максимум зависит от сопротивления нагрузки (чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше максимально достижимое с ростом частоты вращения ротора выходное напряжение). Ниже на рис. 9 — 11 показано выходное напряжение электрогенератора при разных нагрузках и сходных частотах вращения ротора.

Рис. 9. Выходное напряжение электрогенератора без нагрузки при частоте вращения ротора 15.7 об./с (среднее амплитудное значение напряжения 36.8 В).

Рис. 10. Выходное напряжение электрогенератора под нагрузкой 51.2 Ом при частоте вращения ротора 16.3 об./с (среднее амплитудное значение напряжения 13.7 В).

Рис. 11. Выходное напряжение электрогенератора под нагрузкой 15.7 Ом при частоте вращения ротора 17.5 об./с (среднее амплитудное значение напряжения 5.1 В).

  • Ветродвигатель — преобразователь энергии воздушного потока в механическую энергию движения.
  • Источник тока — устройство для получения тока постоянной величины в нагрузке переменного сопротивления.
  • Коэрцитивная сила по намагниченности — напряженность размагничивающего поля, которое должно быть приложено к предварительно намагниченному образцу, чтобы его намагниченность стала равна нулю.
  • Многополюсный магнит — постоянный магнит, имеющий более одной пары магнитных полюсов.
  • Намагничивание — воздействие на образец магнитным полем, вследствие которого у образца появляется отличная от нуля остаточная намагниченность.
  • Остаточная индукция — величина магнитной индукции, сохраняющейся в образце после уменьшения напряженности внешнего поля до нуля.
  • Постоянный магнит — объект, создающий магнитное поле за счет собственных внутренних элементарных электрических токов, текущих без использования внешнего источника энергии в составляющем объект материале.
  • Ротор — подвижная функциональная часть электромашины.
  • Статор — неподвижная функциональная часть электромашины.
  • Тесламетр (гауссметр) — прибор для измерения магнитной индукции.
  • Феррит бария — магнитотвердый материал на основе окислов железа и бария состава BaO·6Fe2O3. В обозначении марки (например, 19БА190) первое число (19) обозначает энергетическое произведение (в кА·Тл/м), первая буква — состав феррита (Б — бариевый), вторая буква — свойства (А — анизотропный, И — изотропный), второе число (190) — коэрцитивную силу по намагниченности (в кА/м).
  • Холостой ход — режим работы привода или преобразователя в отсутствие противодействующей силы (нагрузки).
  • Цилиндрический соленоид — соленоид в виде цилиндра с центральным цилиндрическим отверстием (если таковое имеется).
  • Частота вращения — количество оборотов в единицу времени.
  • Электрогенератор (электрический генератор) — преобразователь неэлектрической энергии источника в электрическую энергию.

08.12.2003
17.06.2004
09.09.2005
16.11.2005
27.06.2006
17.11.2007
04.07.2018
26.10.2018

Источник

Многополюсные генераторы переменного тока

Если ротор генератора имеет одну пару полюсов (см. рис. 18.4),то частота ЭДС, индуцируемой вгенераторе, оказывается равной частоте вращения ротора, так как один оборот ротора соответствует одному периоду индуцируемой ЭДС. Для получения ЭДС с частотой n = 50 Гц двигатель, приводящий в движение ротор генератора с одной парой полюсов, должен вращаться с частотой 50 об/с. Некоторые двигатели (например, водяные турбины) не могут развивать такие скорости вращения. Поэтому, кроме генераторов с одной парой полюсов, изготавливаются многополюсные генераторы, укоторых ротор имеет несколько пар полюсов.

Читайте также:  Denyo дизельный генератор расход топлива
Рис. 18.5

На рис. 18.5 представлена схема устрой­ства генератора: 1 – неподвижный якорь, 2 – вращающийся индуктор, 3 – контактные кольца; 4 – скользящие по ним щетки.

При наличии п пар полюсов частота индуцированной ЭДС в генераторе равна

где п – частота вращения; р – число пар полюсов индуктора генератора.

Читатель: Не понимаю, каким образом число пар полюсов может повлиять на частоту ЭДС! Ведь частота ЭДС должен равняться частоте вращения ротора, потому что если Ф = Ф0sinwt, то ℰ = –Фt¢ = wФ0coswt! И от количества полюсов аргумент косинуса никак не зависит.

Автор: Давайте рассмотрим картину силовых линий магнитного поля для случая двух пар полюсов (рис. 18.6, а).

Рассмотрим два положения рамки (вид сверху) (рис. 18.6, б и в) в этом поле. Заметим, что в силу симметрии схемы магнитный поток через рамку в случае на рис. 18.6, б точно такой же, как и в случае на рис. 18.6 в. То есть два положения рамки, отличающиеся друг от друга поворотом на (360:2) = 180° «с точки зрения» потока, пронизывающего рамку, абсолютно одинаковы. Это означает, что период изменения потока сократился ровно в 2 раза, следовательно, частота изменения потока (а значит, ЭДС индукции) в 2 раза возросли.

Другое дело, что с учетом более сложной геометрии данной схемы закон, по которому изменяется поток через рамку, более сложный, чем Ф = Ф0sinwt.

Рис. 18.8

На рис. 18.8 показан вращающийся индуктор генератора 1 (ротор) и якорь (статор) 2,в обмотке которого индуцируется ток. Нетрудно убедиться, что при наличии большого числа пар полюсов (р > 2) период ЭДС равен времени, необходимому для поворота ротора на часть окружности, занимаемую одной парой полюсов. Если в статоре р пар полюсов, то период равен времени поворота на .

Задача 18.2. Ротор генератора переменного тока имеет 12 пар полюсов и вращается с частотой 1500 оборотов в минуту. Какова частота электрического тока? Сколько раз в секунду этот ток меняет свое направление?

р = 12 п = 1500 об/мин = = 25 об/с Решение. Воспользуемся формулой (18.1): n = пр = 25 об/с × 12 = 300 Гц, т.е. ток совершает 300 колебаний в секунду. А поскольку за одно колебание ток 2 раза меняет направление, то получается, что ток меняет направление 600 раз в секунду.
n = ?

Ответ: n = пр = 300 Гц; 600 раз в секунду.

Источник

Adblock
detector