Электрогенератор на постоянных магнитах: Производство нестандартных генераторов на постоянных магнитах и альтернаторов для Ветряков и ГЭС

Содержание

Электрогенератор на постоянных магнитах

Электрогенератор на постоянных магнитах относится к области электротехнике и предназначена для генерации электрического тока от механического или электрического привода, и может использоваться в промышленности, ветроэнергетике и гидроэнергетике. Принципом работы является взаимодействие постоянных магнитов ротора с индукционными катушками статора, проявляющееся в том, что при вращении ротора, в каждый момент времени вращения в поле действия постоянных магнитов находится одинаковое количество магнитного металла индукционных катушек, тем самым появляется эффект «скольжения» по внутренней поверхности статора. Пара магнитов, противоположно размещенных, являющиеся частью системы магнитов ротора, уравновешивают друг друга. Так же индукционные катушки ротора, разделенные наконтура, обеспечивают почти бесперебойный выход электроэнергии. Тем самым уменьшается прилагаемое усилие на вращение ротора и увеличивается К.П.Д.

Заявленная полезная модель относится к области электротехнике и предназначена для генерации электрического тока от механического или электрического привода, и может использоваться в промышленности, ветроэнергетике и гидроэнергетике.

Из существующего уровня техникиизвестен генератор электрического тока на постоянных магнитах, состоящего из ротора, который включает в себя статор с индукционными катушками для снятия электродвижущей силы (э.д.с.), расположенных перпендикулярно оси вращения и обращены одной стороной к оси ротора, а противоположной к внутренней плоскости статора, который состоит из постоянных магнитов, которые имеют форму параллелограмма и огибают ротор с интервалом, через воздушные зазоры, которые меньше короткой стороны магнита. Количество катушек ротора меньше количества постоянных магнитов. Работа происходит путем вращения ротора внешним источником силы.(WO2012017303 от 2012-02-09)

Недостатками данного технического решения являются малая мощность и способ снятия индуцированного электрического тока с ротора.

Наиболее близкой к заявленной полезной модели является электрическая машина на постоянных магнитах, которая состоит из ротора, на котором с внешней стороны радиуса, параллельной оси вращения установлены постоянные магниты через воздушный зазор в форме параллелограмма, расстояние между которыми меньше длинны короткой стороны магнита, которые взаимодействуют со статором, который включает в себя индукционные катушки, расположенные напротив магнитов и повторяющие окружность ротора через воздушный зазор. Расстояние воздушного зазора между магнитами ротора меньше, чем расстояние между индукционными катушками статора. Ротор включает в себя постоянные магниты, которых в полтора раза меньше чем индукционных катушек статора. Работа происходит путем вращения ротора внешним источником силы.(JP2006304407 от 2006-11-02 прототип.)

Недостатками данного технического решения являются малая мощность и дороговизна в изготовлении, в связи с использованием большого количества постоянных магнитов.

Задачей, на решение которой направленно заявленная полезная модель является увеличение коэффициента полезного действия (К.П.Д.) и снижение материальных затрат изготовлении.

Данная задача решается за счет того, что заявленный электрогенератор на постоянных магнитах, характеризующийся тем, что он включает в себя статор, состоящий из индукционных катушек, основу которых составляет магнитный металл, где торцевая часть индукционных катушек по отношению к центру окружности сердечника выполнена в форме квадратной пластины и повторяет внешний радиус ротора, а другая, противоположная часть, расположенная с противоположной стороны сердечника в форме цилиндра с диаметром равным стороне квадратной пластины, где сердечник располагается с одной стороны в центре окружности цилиндра, а с другой в центре квадратной пластины и составляет вместе одно литое единое целое из магнитного металла, и основание индукционной катушки, где по середине, на сердечник катушки, намотан виток к витку медный провод, после чего данные катушки выстроены в ряды по окружность квадратной частью катушки вовнутрь окружности, а цилиндрической частью наружу окружности, так что во внутренней части окружности образуется расположение в виде параллельных рядов с правильной решеткой в виде сетки квадратов как вид листа из тетради в клетку, замкнутых в окружность, и зафиксированы в данном соотношении с помощью ток непроводящего, не магнитного материала, где между всеми индукционными катушками соблюден одинаковый воздушный зазор, воздействует ротор, выполненный из ток непроводящего, не магнитного материала с осью вращения находящейся в параллели с перпендикулярными окружности, воздушными зазорами статора, а так же постоянными магнитами в форме параллелограмма повторяющие внешний радиус ротора и вмонтированные во внешнюю плоскость, параллельную оси вращения, создающие целостность окружности с интервалом равным длине короткой стороны магнита в форме параллелограмма, перпендикулярной оси вращения, которая ровна сумме двух сторон квадратных частей индукционных катушек и сумме расстояний двух воздушных зазоров, а длинна магнита параллельная оси вращения ротора ровна сумме сторон квадратных частей индукционных катушек и минус одному расстоянию воздушного зазора между ними, так и высота выполнения ротора из ток непроводящего, немагнитного материала ровна длине магнита параллельной оси вращения, где данный ротор расположен, внутри статора, а плоскость ротора, перпендикулярная оси вращения находится в одной плоскости с окружностью статора и образует между собой минимальный воздушный зазор где происходит взаимодействие магнитного метала, составляющего индукционные катушки статора и постоянных магнитов ротора, где наклон граней магнитов определяется по отношению к оси вращения в отношении индукционных катушек тем, что наклонные грани постоянных магнитов делят по диагонали пояса индукционных катушек статора, расположенных так, что внутри магнитного поля в один момент времени работы магнита захватывающего ротор с индукционными катушками по диагонали, закрывает по диагонали по одной индукционной катушке из каждого ряда полностью, а по бокам закрывает по 50%, тем самым повторяя окружность ротора по плоскости, параллельной оси вращения, вступает во взаимодействие со статором под углом 45 градусов и образует форму спирали, где на роторе расположено количество магнитов кратно четырем, образуя перекрестия и с углом наклона магнитов по отношению к оси вращения ротора направлены в одну сторону, а корпус электрогенератора, выполненный из не магнитного, ток непроводящего материала фиксирует в себе неподвижно статор, внутри которого расположен ротор, закрепленный по обоим концам оси вращения подшипниками качения для вращения внутри статора, который включает в себя индукционные катушки, разделенные, согласно периодичности прохождения через них магнитного поля постоянных магнитов ротора в момент вращения, на независимые друг от друга контуры.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является взаимодействие постоянных магнитов ротора с индукционными катушками статора, проявляющееся в том, что при вращении ротора, в каждый момент времени вращения в поле действия постоянных магнитов находится одинаковое количество магнитного металла индукционных катушек, тем самым появляется эффект «скольжения» по внутренней поверхности статора. Пара магнитов, противоположно размещенных, являющиеся частью системы магнитов ротора, уравновешивают друг друга. Так же индукционные катушки ротора, разделенные на контура, обеспечивают почти бесперебойный выход электроэнергии. Тем самым уменьшается прилагаемое усилие на вращение ротора и увеличивается К.П.Д.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:

на Фиг.1 – Изображена часть электрогенератора. Вид сверху.; на Фиг.2 -Основа индукционной катушки статора; на Фиг.3 – Изображены в плоскости соотношения индукционных катушек статора с постоянными магнитами ротора; на Фиг. 4 – Вид электрогенератора сбоку, статор в разрезе; на Фиг.5 – Схема для последовательного подключения индукционных катушек ротора;

на Фиг.6 – Схема подключения контуров электрогенератора.

Генератор на постоянных магнитах включает ротор(1) с осью вращения (2) с вмонтированными в него постоянными магнитами (3), где ротор(1) расположен внутри статора(4) через воздушный зазор (5), и состоит из индукционных катушек (6), основа которых выполнена в форме квадрата (7), цилиндра(8), а так же сердечника (9), на который намотан медный провод (10) для снятия э.д.с.. Напротив индукционных катушек (6) статора (4), расположенных через воздушный зазор(11), находятся постоянные магниты (3) ротора (1) с интервалом (12) равным самим постоянным магнитам (3).(3-3.1) объясняет симметричность расположения постоянных магнитов (3) ротора(1) согласно оси вращения (2). (13), (14), (15), (16) – контуры, (17) – циклы постоянных магнитов. Схема последовательного подключения индукционных катушек поясняет Фиг. 5, где (18) – (-), а (19)-(+). На Фиг.6 схема соединения контуров (13), (14), (15), (16) генератора в один электрический поток по средствам диодов (21), где (С) – конденсатор

Электрогенератор на постоянных магнитах работает следующим образом. На ось (2) ротора (1) подается усилие, в следствии чего ротор происходит вращение, направленность вращения не имеет значения. Постоянные магниты (3), расположенные на роторе (1), начинаю с периодичностью циклов (17) воздействовать магнитными полями на индукционные катушки (6) статора(4), в следствии чего в медном проводе (10), намотанным виток к витку на сердечник (9) индукционных катушек(6), возникает э.д.с.. Индукционные катушки (6) подключенные в контура (13), (14), (15), (16) последовательно (схема Фиг.5) или параллельно (на чертежах не показано), согласно циклам(17) прохождения через статор (4) магнитного поля постоянных магнитов (3), выдают индуцированный электрический ток. Контура статора(13), (14), (15), (16) с выходящим с них электрическим токомвозможно использовать по отдельности, а так же соединить в один поток с использованием диодов(20). (Фиг.6)

Электрогенератор на постоянных магнитах, характеризующийся тем, что он включает в себя статор, состоящий из индукционных катушек, основу которых составляет магнитный металл, где торцевая часть индукционных катушек по отношению к центру окружности сердечника выполнена в форме квадратной пластины и повторяет внешний радиус ротора, а другая, противоположная часть, расположенная с противоположной стороны сердечника в форме цилиндра с диаметром, равным стороне квадратной пластины, где сердечник располагается с одной стороны в центре окружности цилиндра, а с другой в центре квадратной пластины, и составляет вместе одно литое единое целое из магнитного металла, и основание индукционной катушки, где по середине, на сердечник катушки намотан виток к витку медный провод, после чего данные катушки выстроены в ряды по окружности квадратной частью катушки вовнутрь окружности, а цилиндрической частью наружу окружности, так что во внутренней части окружности образуется расположение в виде параллельных рядов с правильной решеткой в виде сетки квадратов, как вид листа из тетради в клетку, замкнутых в окружность, и зафиксированы в данном соотношении с помощью ток непроводящего, немагнитного материала, где между всеми индукционными катушками соблюден одинаковый воздушный зазор, воздействует ротор, выполненный из ток непроводящего, не магнитного материала с осью вращения, находящейся в параллели с перпендикулярными окружности воздушными зазорами статора, а также постоянными магнитами в форме параллелограмма, повторяющими внешний радиус ротора и вмонтированными во внешнюю плоскость, параллельную оси вращения, создающими целостность окружности с интервалом, равным длине короткой стороны магнита в форме параллелограмма, перпендикулярной оси вращения, которая равна сумме двух сторон квадратных частей индукционных катушек и сумме расстояний двух воздушных зазоров, а длина магнита, параллельная оси вращения ротора, равна сумме сторон квадратных частей индукционных катушек и минус одному расстоянию воздушного зазора между ними, так и высота выполнения ротора из ток непроводящего, немагнитного материала равна длине магнита, параллельной оси вращения, где данный ротор расположен внутри статора, а плоскость ротора, перпендикулярная оси вращения, находится в одной плоскости с окружностью статора, и образуют между собой минимальный воздушный зазор, где происходит взаимодействие магнитного металла, составляющего индукционные катушки статора, и постоянных магнитов ротора, где наклон граней магнитов определяется по отношению к оси вращения в отношении индукционных катушек тем, что наклонные грани постоянных магнитов делят по диагонали пояса индукционных катушек статора, расположенных так, что внутри магнитного поля в один момент времени работы магнита, захватывающего ротор с индукционными катушками по диагонали, закрывает по диагонали по одной индукционной катушке из каждого ряда полностью, а по бокам закрывает по 50%, тем самым повторяя окружность ротора по плоскости, параллельной оси вращения, вступает во взаимодействие со статором под углом 45º и образует форму спирали, где на роторе расположено количество магнитов, кратное четырем, образуя перекрестия, и с углом наклона магнитов по отношению к оси вращения ротора направлены в одну сторону, а корпус электрогенератора, выполненный из немагнитного, ток непроводящего материала фиксирует в себе неподвижно статор, внутри которого расположен ротор, закрепленный по обоим концам оси вращения подшипниками качения для вращения внутри статора, который включает в себя индукционные катушки, разделенные согласно периодичности прохождения через них магнитного поля постоянных магнитов ротора в момент вращения на независимые друг от друга контуры.

Генератор на постоянных магнитах

В современных условиях предпринимаются постоянные попытки усовершенствования электромеханических устройств, снижения их массы и габаритных размеров. Одним из таких вариантов является генератор на постоянных магнитах, представляющий собой достаточно простую конструкцию с высоким коэффициентом полезного действия. Основная функция данных элементов заключается в создании вращающегося магнитного поля.

Содержание

Виды и свойства постоянных магнитов

С давних пор были известны постоянные магниты, получаемые из традиционных материалов. В промышленности впервые начал использоваться сплав алюминия, никеля и кобальта (алнико). Это дало возможность применять постоянные магниты в генераторах, двигателях и других видах электрооборудования. Особенно широкое распространение получили ферритовые магниты.

Впоследствии были созданы самарий-кобальтовые жесткие магнитные материалы, энергия которых обладает высокой плотностью. Вслед за ними произошло открытие магнитов на основе редкоземельных элементов – бора, железа и неодима. Плотность их магнитной энергии значительно выше, чем самарий-кобальтового сплава при значительно низкой стоимости. Оба вида искусственных материалов успешно заменяют электромагниты и применяются в специфических областях.Неодимовые элементы относятся к материалам нового поколения и считаются наиболее экономичными.

Принцип работы устройств

Главной проблемой конструкции считался возврат вращающихся деталей в исходной положение без существенных потерь крутящего момента. Данная проблема была решена с помощью медного проводника, по которому был пропущен электрический ток, вызывающий притяжение. При отключении тока, действие притяжения прекращалось. Таким образом, в устройствах этого типа использовалось периодическое включение-отключение.

Повышенный ток создает увеличенную силу притяжения, а та, в свою очередь, участвует в выработке тока, проходящего через медный проводник. В результате циклических действий, устройство, кроме совершения механической работы, начинает производить электрический ток, то есть выполнять функции генератора.

Постоянные магниты в конструкциях генераторов

В конструкциях современных устройств, кроме постоянных магнитов применяются электромагниты с постоянным электрическим током в катушке. Такая функция комбинированного возбуждения позволяет получить необходимые регулировочные характеристики напряжения и частоты вращения при пониженной мощности возбуждения. Кроме того, уменьшается величина всей магнитной системы, что делает подобные устройства значительно дешевле по сравнению с классическими конструкциями электрических машин.

Мощность устройств, в которых используются данные элементы может составлять только несколько киловольт-ампер. В настоящее время ведутся разработки постоянных магнитов с лучшими показателями, обеспечивающими постепенный рост мощности. Подобные синхронные машины используются не только в качестве генераторов, но и как двигатели различного назначения. Они широко применяются в горнодобывающей и металлургической отрасли, тепловых станциях и других сферах. Это связано с возможностью работы синхронных двигателей с различными реактивными мощностями. Сами они работают с точной и постоянной скоростью.

Станции и подстанции функционируют вместе со специальными синхронными генераторами, которые в режиме холостого хода обеспечивают выработку только реактивной мощности. В свою очередь, реактивная мощность обеспечивает работу асинхронных двигателей.

Генератор переменного тока с постоянными магнитами Hurricane | Генератор с постоянными магнитами

Выбрать по категориям

Генераторы с постоянными магнитами – Генераторы

Генератор с постоянными магнитами Hurricane | Генератор с постоянными магнитами

Генераторы с постоянными магнитами Hurricane поддерживают один из самых больших вариантов генераторов для проектов по возобновляемым источникам энергии в Интернете. От ветровой и гидроэнергетики до экспериментальных исследований и разработок Hurricane производит одни из лучших продуктов на рынке. Наши pma – это настоящие и оригинальные генераторы переменного тока без зубчатых колес для слабого ветра.

Мы начинаем с лучших компонентов, таких как однородные магниты с эпоксидным покрытием, высококачественная проволока и прецизионная сбалансированная обработка со строгими допусками. Когда вы покупаете генератор переменного тока для ураганного ветра, вы покупаете тщательно протестированный функциональный продукт, который прошел жесткий контроль качества, прежде чем его отправят. Мы предоставляем реалистичные видеоролики и демонстрации выходной мощности на нашем канале YouTube, на который можно перейти, нажав кнопку YouTube в верхней части заголовка сайта.

Мы работаем с отдельными потребителями, чтобы помочь в выборе генератора переменного тока, который будет соответствовать вашим потребностям и ценности, предоставляя потребителю реалистичные ожидания того, что наши продукты будут делать для вас. Мы продаем наши генераторы переменного тока с постоянными магнитами для использования в ветрогенераторе или микрогидрогенераторе, а также для множества других применений, включая человеческую энергию и изобретателей. Чем мы не являемся: Hurricane не будет просто говорить потребителю все, что вы хотите услышать, чтобы продать продукт. Иногда это вредно, поскольку потребители иногда ждут одобрения от наших технических специалистов, что продукт будет работать в приложении с нереалистичными ожиданиями. Мы все хотим, чтобы наша идея работала, но мы заранее сообщаем вам, если считаем, что продукт не будет работать в конкретном приложении.

Мы ценим честные отчеты о выходной мощности и ожидания потребителей. Мы не рекламируем 1600-ваттную 12-вольтовую выходную мощность от 10-фунтовых генераторов при ветре со скоростью 70 миль в час или ручном проворачивании, которые бросают вызов законам физики. Это не отвечает интересам наших потребителей, и в результате мы получаем много возвратных покупателей, что более чем компенсирует потери от недобросовестных продавцов.

Миссия компании Hurricanes состоит в том, чтобы предоставлять лучшее в мире оборудование для производства электроэнергии, обеспечивать реалистичные ожидания по выходной мощности и информировать наших потребителей о том, какие из доступных им продуктов являются наилучшими и наиболее эффективными с точки зрения затрат, чтобы удовлетворить потребности потребителей. Если у вас есть вопросы, проверьте в верхнем правом углу веб-сайта нашу электронную почту и контактную информацию, если вам нужна консультация, поскольку это то, для чего мы работаем. Хотя у нас не так много проблем с потребителями из-за нашего строгого контроля качества и внимания к деталям, когда у клиента возникает проблема, мы здесь для поддержки и с гордостью поддерживаем наши продукты.

Сортировать по: Избранные товарыСамые новые товарыЛучшие продажиОт A до ZZ до ABПо обзоруЦена: по возрастаниюЦена: по убыванию

Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр

Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Ураган Ветроэнергетика
|
артикул: 48ВСПМА
Ураганная энергия ветра 48-вольтовый генератор постоянного магнита PMA Delco
Приношу свои извинения за длинное описание. Мой обзор продаж генераторов привел меня к выводу, что большая часть того, что может предложить текущий рынок, — это «распродажа». Я намерен просто показать здесь, что мы предлагаем, наши возможности и…
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр

Ураган Ветроэнергетика
|
артикул: 24ВСПМА
Hurricane Wind Power 24-вольтовый генератор постоянного магнита PMA Delco
Приношу свои извинения за длинное описание. Мой обзор продаж генераторов привел меня к выводу, что большая часть того, что может предложить текущий рынок, — это «распродажа». Я намерен просто показать здесь, что мы предлагаем, наши возможности и…
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Ураган Ветроэнергетика

|
артикул: 12ВСПМА
Ураганная энергия ветра 12-вольтовый генератор постоянного магнита PMA Delco
Приношу свои извинения за длинное описание. Мой обзор продаж генераторов привел меня к выводу, что большая часть того, что может предложить текущий рынок, — это «распродажа». Я намерен просто показать здесь, что мы предлагаем, наши возможности и…
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр

Сравнить Выбрано

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 0168 (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 напряженностью 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. сила.

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 и 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, потечет 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 постоянного тока с постоянными магнитами .
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 потока 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.
Основное преимущество перед 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 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 генераторов 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 генерируемого 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 их обмотки 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.
Одной из самых сложных частей проектирования небольшой ветряной турбины низкого напряжения для производства электроэнергии является поиск подходящего генератора постоянного тока.
Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами — это низкоскоростные генераторы, которые довольно надежны и эффективны при слабом ветре и могут использоваться 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 какой-либо инвертор 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.