Синхронный генератор с постоянными магнитами - Permanent magnet synchronous generator - Wikipedia

А синхронный генератор с постоянными магнитами это генератор где поле возбуждения создается постоянным магнитом вместо катушки. Термин «синхронный» здесь относится к тому факту, что ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой скоростью, потому что магнитное поле создается посредством установленного на валу механизма постоянного магнита, а ток индуцируется в неподвижном якоре.

Описание

Синхронные генераторы являются основным источником коммерческой электроэнергии. Они обычно используются для преобразования механической выходной мощности паровые турбины, газовые турбины, поршневые двигатели и гидротурбины в электроэнергию для сети. Некоторые конструкции Ветряные турбины также используйте этот тип генератора.

В большинстве конструкций вращающийся узел в центре генератора - "ротор "- содержит магнит, а" статор "- это неподвижный якорь, который электрически связан с нагрузкой. Как показано на диаграмме, перпендикулярная составляющая поля статора влияет на крутящий момент, а параллельная составляющая влияет на напряжение. Генератор определяет напряжение. Если нагрузка индуктивная, то угол между полями ротора и статора будет больше 90 градусов, что соответствует повышенному напряжению генератора. Это называется перевозбужденным генератором. Обратное верно для генератор, питающий емкостную нагрузку, которая известна как недовозбужденный генератор. Обмотка якоря в стандартном коммунальном оборудовании состоит из трех проводников, составляющих три фазы силовой цепи, которые соответствуют трем проводам, которые мы привыкли видеть на линиях передачи . Фазы намотаны таким образом, что они находятся на расстоянии 120 градусов друг от друга в пространстве на статоре, обеспечивая равномерное усилие или крутящий момент на роторе генератора. крутящего момента возникает из-за того, что магнитные поля, возникающие в результате индуцированных токов в трех проводниках обмотки якоря, пространственно объединяются таким образом, чтобы напоминать магнитное поле одного вращающегося магнита. Это магнитное поле статора или «поле статора» выглядит как устойчивое вращающееся поле и вращается с той же частотой, что и ротор, когда ротор содержит одно дипольное магнитное поле. Два поля движутся «синхронно» и сохраняют фиксированное положение относительно друг друга во время вращения.^[1]

Синхронный

Они известны как синхронные генераторы, потому что f, частота индуцированного напряжения в статоре (проводниках якоря), обычно измеряемая в герц, прямо пропорциональна оборотам, скорость вращения ротора обычно выражается в оборотах в минуту (или угловой скорости). Если обмотки ротора расположены таким образом, чтобы создавать эффект более двух магнитных полюсов, то каждый физический оборот ротора приводит к тому, что больше магнитных полюсов проходит мимо обмоток якоря. Каждое прохождение северного и южного полюсов соответствует полному «циклу» колебаний магнитного поля. Следовательно, коэффициент пропорциональности равен ${\displaystyle {\frac {\text{P}}{120}}}$, где P - количество полюсов магнитного ротора (почти всегда четное число), а коэффициент 120 берется из 60 секунд в минуту и ​​двух полюсов в одном магните; ${\displaystyle f\left({\text{Hz}}\right)=RPM{\frac {\text{P}}{120}}}$.^[2]

Обороты и крутящий момент

Мощность первичного двигателя зависит от числа оборотов и крутящего момента. ${\displaystyle P_{m}=T_{m}*RPM}$ куда ${\displaystyle P_{m}}$ механическая мощность в ваттах, ${\displaystyle T_{m}}$ крутящий момент в единицах ${\displaystyle {\frac {N*m}{rad}}}$, а число оборотов в минуту - это число оборотов в минуту, умноженное на коэффициент ${\displaystyle {\frac {2\pi }{60}}}$ дать единицы ${\displaystyle {\frac {Radians}{Sec}}}$. Увеличивая крутящий момент на первичном двигателе, можно генерировать большую выходную электрическую мощность.

На практике типичная нагрузка носит индуктивный характер. Схема выше изображает такое расположение. ${\displaystyle E_{i}}$ - напряжение генератора, а ${\displaystyle V_{a}}$ и ${\displaystyle I_{a}}$ - напряжение и ток в нагрузке соответственно и ${\displaystyle \theta }$ угол между ними. Здесь мы можем видеть, что сопротивление R и реактивное сопротивление ${\displaystyle X_{d}}$, играют роль в определении угла ${\displaystyle \delta }$. Эта информация может использоваться для определения выходной реальной и реактивной мощности генератора.

На этой диаграмме ${\displaystyle V_{t}}$ напряжение на клеммах. Если мы проигнорируем сопротивление, как показано выше, мы обнаружим, что мощность можно рассчитать:^[3]

$${\displaystyle I_{a}={\frac {|E_{i}|\angle \delta -|V_{t}|}{jX_{d}}}}$$

$${\displaystyle S=P+jQ=V_{t}I^{\star }={\frac {|V_{t}||E_{i}|\angle (-\delta )-|V_{t}|^{2}}{-jX_{d}}}={\frac {|V_{t}||E_{i}|(cos(\delta )-jsin(\delta ))-|V_{t}|^{2}}{-jX_{d}}}}$$

Разделив кажущуюся мощность на реальную и реактивную, мы получим:

$${\displaystyle P={\frac {|V_{t}||E_{i}|}{X_{d}}}sin(\delta )}$$

,

$${\displaystyle Q={\frac {|V_{t}|}{X_{d}}}(|E_{i}|cos(\delta )-|V_{t}|)}$$

Приложения

Генераторы на постоянных магнитах (PMG) или генераторы переменного тока (PMA) не требуют источника постоянного тока для цепи возбуждения, и они не имеют контактные кольца и контактные щетки. Ключевым недостатком PMA или PMG является то, что поток в воздушном зазоре нельзя регулировать, поэтому напряжение машины не может быть легко отрегулировано. Постоянное магнитное поле создает проблемы с безопасностью во время сборки, полевого обслуживания или ремонта. Высокопроизводительные постоянные магниты сами по себе имеют структурные и тепловые проблемы. Крутящий ток MMF векторно сочетается с постоянным потоком постоянных магнитов, что приводит к более высокой плотности потока в воздушном зазоре и, в конечном итоге, к насыщению сердечника. В генераторах с постоянными магнитами выходное напряжение прямо пропорционально скорости.

Для небольших пилотных генераторов, используемых для измерения скорости, регулировка напряжения может не потребоваться. Если генератор с постоянными магнитами используется для подачи тока возбуждения на ротор более крупной машины на том же валу, требуется некоторое внешнее управление для управления током возбуждения и регулирования напряжения основной машины. Это может быть выполнено с помощью контактных колец, соединяющих вращающуюся систему с внешними цепями управления, или посредством управления с помощью силовых электронных устройств, установленных на вращающейся системе и управляемых извне.

Смотрите также

• Генератор
• Магнето
• Магнито зажигания
• Магнето (генератор)
• Телефонный магнето

Рекомендации

1. фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы: концепция Введение. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр.92 –95. ISBN  978-0-471--17859-0.
2. фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы: концептуальное введение. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр.96 –97. ISBN  978-0-471-17859-0.
3. Чепмен, Стивен (17 февраля 2011 г.). Основы электрического машиностроения. McGraw-Hill Education. ISBN  978-0073529547.