Изчисление на изходното напрежение многополюсен ниска скорост електрически генератор на базата на постоянна

Изчисление на изходното напрежение многополюсен ниска скорост
електрически генератор на базата на постоянни магнити

Много двигатели и задвижвания са с ниска скорост. Така, например, има проста структура и висока надеждност в etrodvigatel с вертикална ос на въртене на въртящия се конвейер (перка). но неговата скорост на въртене не надвишава броя на оборота в секунда. Н За използване като двигател и за производство на електрическа енергия. Тя изисква на електрически генератор, за Позовавайки който е директно свързан с вала на двигателя, тъй като използването на повишаване на ефективността предавка намалява значително, у slozhnyaet дизайн и намалява надеждността. За да се получи достатъчно високо изходно напрежение и увеличаване на електрическата енергия, необходимо да се използва мулти-полюсен електрически генератор, роторът на който е да се опрости и да се намалят разходите за строителство може да се направи постоянен магнит.

E - едн на бобината
E0 - амплитудата на едн на бобината
Egen - генератор на ток на изходното напрежение (празен ход)
Pmax - електрически генератор в режим на късо съединение,
п - броят на магнитните полюси
m - брой намотки
N - брой навивки на намотката
S - поток връзка област (площ на Luce)
Б - магнитна индукция в пространството между сърцевината на магнит и бобина
B0 - максималната стойност (амплитуда) на магнитната индукция в процепа
F - магнитен поток през сърцевината на бобината
F 0 - амплитудата на магнитния поток през сърцевината на бобината
w - обороти на генератора
F - генератор честота на въртене
T - периодът на въртене на генератора
т - текущото време

Всички изчисления се извършват в системата SI.

Изчисление на изходното напрежение на генератора с постоянни магнити в режим на празен ход

Многополюсна ниска скорост електрически генератор може да се конструира от проста схема [1]. показано на фиг. 1.

Фиг. Схема 1. 6-полюсен, с ниско-скоростна електрически генератор: 1 - горна основа (нисковъглеродна стомана); 2 - постоянен магнит (6-пинов аксиален намагнитване); 3 - главините на барабана (нисковъглеродна стомана); 4 - винтови намотки (медна тел емайл изолация); 5 - долна основа (нисковъглеродна стомана).

Постоянен магнит пръстен (2) е прикрепен към горната основа стомана (1) да се върти спрямо фиксирания долната основа (5), също от стомана, за да се намали магнитното съпротивление. На долната основа са определени железни ядра (3). които са поставени на намотката (4). Броят на намотки в този случай m е равен на броя на полюсите N (т = п = 6). Един пръстеновиден магнит може да бъде непрекъснат или нает от отделните призматични или кръгли магнити (брой магнити равен на броя на полюсите N). Посоката на намагнитване на осови на магнит (успоредно / антипаралелен генератор ос). Стоманени барабана центрове имат полюсните части, чиято форма е идентична на формата на магнитните полюси (сектор, кръг или правоъгълник). Постоянен магнит пръстен (2) с горната част на основата (1) образуване на ротора на генератора, и долна основа (5) с намотки (4) и сърцевината (3) - статора.

За използване на генератор във връзка с регулатори на напрежение, както и батерии с напрежение от 12 или 24 волта е желателно изходното напрежение е достатъчно висока (пикова стойност не се променя Lw е 10 волта помощта на преобразувател на напрежение и когато батерията е свързана чрез токоизправител -. По-големи от изходното напрежение на спад на напрежението в токоизправител верига) при ниска скорост (от порядъка на един оборот в секунда). Това ще намали загубата в конвертори се използват за стабилизиране на напрежението или зареждане на батерията верига и да ги опрости.

Вие искате да направите опростен изчисляване на изходното напрежение на генератора с помощта на параметрите. в зависимост от дизайна. п - брой полюси, B0 - максимална стойност (амплитуда) на индукцията в празнината. S - поток връзка област (квадрат поле), m - броят на рулони, N - броят на завъртанията на една серпентина, е - честотата на въртене, Т - период въртене (по време на един оборот), w - ъглова скорост (ъглова скорост).

Да приемем, че броят на рулони, равен на броя на магнитни полюси (т = N). и по време на въртенето на магнит отношение на индукционната бобина в междината се променя мигновено от + B0 да -B0 и от + B0 да -B0 (т.е. не роторът се върти гладко и сърцебиене). Магнитният поток през сърцевината на бобината. съответно, мигновено се променя от - F + F 0 до 0 ° С и от 0 до + F - F, където F 0. 0 = B0 S. в моменти 0, Т / п, 2T / п, и т.н. (модификация период 2T .. / п). След това, в съответствие със закона на индукция на Фарадей [2]

Качваме се на едн на бобината:

където г (т) - делта функцията на Дирак. Чрез осредняване по време интервал едн D т = Т / п, се получава стойността на едн амплитудата на една намотка:

Тъй като Т = 1 / е, и е = W / (2 п), тогава

При свързване на намотките на изходния ток на генератора напрежение следния израз (приемайки правоъгълна форма едн, където Egen = nE0):

Да приемем, че броят на рулони, равен на броя на магнитни полюси (т = N). и по време на въртенето на магнит спрямо магнитния поток през намотките на бубинната сърцевина варира линейно от - F + F 0 до 0 ° С и от 0 до + F - F, където F 0. 0 = B0 S (периодът на 2T / п промени). След това, в съответствие със закона на индукция на Фарадей [2]

Получаваме амплитудата на едн от една намотка:

При свързване на намотките на изходния ток на генератора напрежение следния израз (едн правоъгълна форма, където Egen = nE0):

Да приемем, че броят на рулони, равен на броя на магнитни полюси (т = N). и по време на въртенето на магнит спрямо магнитния поток през намотките на бубинната сърцевина варира като F = F 0 COS (п т т / 2), където F 0 = Beff S. Тук Beff - ефективна стойност на магнитната индукция в процепа, получени чрез осредняване над поле поле. В съответствие с практиката на индукция на Фарадей [2]

Получаваме EMF намотка.

Тъй като е = W / (2 п), до получаване на амплитудата на експресията на едн една серпентина:

При свързване на намотките на текущата генератор изходното напрежение се получи експресия (едн синусоидална форма, Egen = nE0 / 2 1/2):

Ефективната стойност на магнитната индукция Beff могат да бъдат получени чрез осредняване на магнитната индукция в процепа от поле поле. Ако разпределението на магнитната индукция е описана от синусоидална закон, а след това можем да предположим, Beff

(2 / п) B0. Тогава генератора на изходното напрежение

Предвид приема сближаване може да се счита, че полученият формула (1). (2) и (3) съответстват добре помежду си. Изчисляването на тези формули може да се използва за други конструкции на многополюсна постоянен магнит генератори. Тестове конструирани като на фиг. 1 ниска скорост генератор [1] са показали, че изчисляването на изпълнение 3 отразява по-точно характеристиките на генератора: магнитния поток в пространството и съответно генератор едн на варира синусоидално, изходният ток на генератора напрежение съгласен добре с формула изчислената (3).

За да се изчисли генератор изходното напрежение (ток и амплитуда) съгласно формулата може да се използва (3) програма PM_Generator. Програмата е предназначена за работа с операционната система (ОС) Windows 3.1, Windows 95, 98 и XP (с други операционни системи Windows не е тестван). PM_Gen10.rar файл (

85 KB), разопакова в предварително създадена папка. Опаковките са направени с помощта на WinRar 2.80. Резултати разопаковане: PM_Gen10.exe - изпълним файл на програмата. След стартиране на програмата може да се прилага генератор параметри и да се изчисли натискане на съответните бутони. При въвеждане на данните в получените OS помисли разделител за десетичен формат: една точка или запетая, например, 0.0004 или 0.0004; трябва да зададете въпрос. Копираните файлове могат да бъдат проверени за вирусния код в он-лайн [6].

Фиг. 2. Външен вид PM_Generator програма прозорци (версия 1.0).

Например, за получаване на р Изчисляване постоянен магнит бариев ферит (B0

0.2 Т), когато броя на полюсите п = 32, М = 200 завъртания. S

4 cm 2 = 0.0004 m 2 и честота на въртене е = 1 Hz (един цикъл за секунда) до получаване на ток генератора напрежение

връх 23 волта

32 волта (вж. Фиг. 2). С такова изходното напрежение за зареждане, дори 12- и 24-волтова батерия може да се използва, и прост диод мост напрежение реле за изключване на генератора при 100% заредена батерия. Ограничаване на тока за зареждане ще се дължи на вътрешното съпротивление на генератора (Комбинираната съпротивлението на намотките).

Зависимостта на изходните параметри на генератора от броя на полюсите

Генератор на изходното напрежение може да се намери с формула (3):

Тогава електрическия генератор за захранване е късо съединение:

където R - съпротивление на един генератор намотка.

Ние считаме, зависимостта на изходното напрежение на генератора и електрическа енергия на броя на полюсите на магнита пръстен. Предполагаме, че всеки генератор намотка се състои от цилиндрична соленоид като геометрични размери: R1 - вътрешен радиус, R2 - външен радиус, Н - височина на проводник рана с диаметър г опаковане фактор л (Фигура 3.).

Фиг. 3. геометрични параметри на цилиндрична намотка: R1 - вътрешен радиус, R2 - външен радиус, Н - височина.

Броя на оборотите на цилиндрична намотка може да се намери чрез формулата:

където R е - специфичната електрическа съпротивление на проводника ликвидация.

Като първо приближение:

където D - диаметър на външния магнит пръстен, D - ширината на пръстена.

С тези приближения:

Например, генераторът [1] с hexapole размер магнит пръстен K70 х 24 х 12 бариев ферит (D = 0.07 m, D = 0.023 m, B0 = 0.2 Т, п = 6) с намотки навити с медна жица (Re = 1.67 * 10 -8 ома * т, R1 / R2 = 0,5, Н = 0.02 m, L = 0.6) електрическа енергия в режим на късо съединение в съответствие с формула (4) ще бъде около 100 MW при скорост от 1 оборот в секунда (w = 6.28 рад / сек). Експерименталният стойност от около 140 MW. Стойност доста добре, като се има предвид, че действителната дизайн [1] е различна от тази, използвана при изчисленията (фиг. 1).

При промяна на броя на полюсите може да се предположи, че относителните размери на бобината (R1 / R2) и височина Н не се променят. След електрически генератор в кратки увеличения съединение в директно пропорционално на броя на полюсите, и право пропорционално на квадрата на скоростта на въртене, на квадрата на индукцията през процеп S и размерите на магнит квадратен пръстена (външен диаметър, ширината на пръстена).

Текущата стойност на изходното напрежение на генератора в режим на празен ход:

Изчислено генератор стойност на изходното напрежение [1] от формула (5) 3.4 при скорост на въртене 1 секунда - измерено по-горе (2). Разминаването може да се обясни с факта, че в реална дизайн [1] от полюс района основната намотка-малка от площта на върха на стълба на магнит е почти 2 пъти.

Ако се увеличи броя на полюсите на генератора и съответно намаляване на размера на макара R2, поддържа непроменена своята височина Н и съотношението R1 / R2, изходното напрежение на генератора намотка диаметър една серпентина тел остава приблизително постоянна.

При постоянна ъглова скорост на въртене на многополюсен генератор изходното напрежение на постоянен магнит се увеличава пропорционално на квадрата на броя на полюсите условие че поле областта не се променя, т.е., или с помощта на непрекъснат пръстеновиден магнит на по-голям диаметър, или броя на магнити се увеличава, от които набран пръстеновиден магнит (1 - 3, ).

Увеличаването на броя на полюсите на магнита на пръстена с помощта на предварително определени размери намалява площ S поток пропорционално увеличаване на броя N на полюсите. Ако броят N на завъртанията на бобините остава постоянна, което може да се постигне чрез намаляване на диаметъра на проводника ликвидация, изходният Egen генератор напрежение ще се увеличи пропорционално на броя на полюсите н. Ако намотките са навити на намотъчен проводник на даден диаметър, след това чрез увеличаване на броя на полюсите (а оттам и намаляване на размера на бобината) броят N на завъртанията на понижения една серпентина. Така генератор на напрежението на изхода E поколение ще остане приблизително постоянно, когато п на брой полюси (5).

електрически генератор на мощност не зависи от диаметъра на намотъчен проводник и увеличава право пропорционално на квадрата на пръстеновидните размери магнит АМ (външен диаметър, ширината на пръстена), и право пропорционална на броя на полюсите (4).

По този начин, при проектиране на ниска скорост електрически генератор съгласно горната схема е необходимо да се използва пръстеновиден магнит, с възможно най-високата остатъчна индукция, възможно най-голям външен диаметър и ширина на пръстена, с възможно най-голям брой полюси, избор чрез промяна на диаметъра на намотъчен проводник номера на рулони превръща така че на изхода генератор на напрежение е в необходимия диапазон на предварително определени скорости. Бобини желателно да се навие проводник с най-специфично съпротивление (мед) с възможно най-висока коефициент на запълване плесен (опаковане фактор). Достатъчен сходство на горе мотивите прави възможно да се каже същото по отношение на други структури на електроенергия с ротор с постоянни магнити.

Броят на бобини трябва да съответства на броя на полюсите. Ако броят на рулони, равен на броя на магнитни полюси (m = N), ядрото, когато бобината срещу полюси пръстен магнит поради сили на привличане възникне голям момент на резистентност, която се изисква за преодоляване на значителна сила (голяма силата на вятъра). Поради това е възможно да се увеличи или намали броя на бобини за единица (т = п + 1. m = п - 1), което значително ще намали стойността амплитуда на момента на резистентност. Такъв разтвор на 6-полюсен генератор използва в строителството [1]. при което броят на магнитни полюси п = 6. m = брой на бобини 7, генератор 6-полюсен [4]. където броя на полюсите на магнита 6. п = брой намотки във всяка от двете групи m = 5 (по избор група намотка изместен от друга под ъгъл от 36 градуса) и 18-пинов генератор [5] (броят на магнитни полюси п = 18, броят на м = 19) намотки. Възможно е да се откажете от използването на стоманени ядра в бобините, а след това на въртящия момент плъзгане на празен ход е близо до нула, за всяка позиция на ротора. Тези бобини за вършене минимална височина сравними с не много значими в elichinoy разминаване между магнита и намотката за намаляване на магнитната индукция в пропастта. Броят на рулони може да бъде по този начин е равен на броя на магнитни полюси (т = N).

• Активно съпротивление - част от съпротивлението на електрическата верига, свързани с разсейване на топлина във веригата.
• Вятърни турбини - преобразувателя на енергия на въздушния поток в механична енергия на движение.
• Моторът (двигателя) - източник на енергия в механична енергия движение датчик.
• Задвижване - устройство с работен елемент, способен на механично движение в присъствието на реакционна сила.
• фактор (съотношение дълг) опаковане - съотношението на обема на проводник към обем ликвидация; в единна намотка е съотношение на общата площ на проводниците в намотка напречното сечение (без изолиране) в областта на намотката напречно сечение.
• Работата на празен ход - режим на работа или инвертор при липса на сила реакция (натоварване).
• Цилиндрични бобина - бобина като цилиндър с централен цилиндричен отвор (ако има такива).
• Електрически генератор (електрически генератор) - източник на не-електрическа енергия конвертор в електрическа енергия.