Как устроены генераторы на постоянных магнитах. Какие типы магнитов используются в современных генераторах. Каковы преимущества генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Где применяются такие генераторы.
История развития генераторов на постоянных магнитах
Генераторы на постоянных магнитах начали активно развиваться в 30-х годах XX века с появлением ферритовых магнитов. Однако настоящий прорыв произошел в 80-90-е годы, когда были разработаны высокоэнергетические неодимовые магниты состава NdFeB. Это позволило значительно улучшить характеристики генераторов и расширить сферу их применения.
Преимущества генераторов на постоянных магнитах
Генераторы с возбуждением от постоянных магнитов обладают рядом важных преимуществ по сравнению с традиционными конструкциями:
- Высокие энергетические показатели
- Повышенная надежность
- Долговечность
- Способность выдерживать высокие частоты вращения
- Отсутствие необходимости во внешнем возбуждении
- Компактность и малый вес
Благодаря этим преимуществам генераторы на постоянных магнитах находят все более широкое применение в различных отраслях.
Типы постоянных магнитов, используемых в современных генераторах
В современных генераторах используются следующие основные типы высокоэнергетических постоянных магнитов:
Неодимовые магниты (NdFeB)
Это наиболее мощные и распространенные магниты. Они состоят из сплава неодима, железа и бора. Неодимовые магниты обладают высокой остаточной индукцией и коэрцитивной силой. Их недостатком является низкая коррозионная стойкость, поэтому требуется защитное покрытие.
Самарий-кобальтовые магниты (SmCo)
По магнитным свойствам уступают неодимовым, но обладают лучшей температурной стабильностью и коррозионной стойкостью. Применяются при работе в агрессивных средах и высоких температурах.
Магниты ЮНДК
Изготавливаются на основе сплава алюминия, никеля, кобальта и железа. Имеют высокую температурную стабильность и более низкую стоимость по сравнению с редкоземельными магнитами.
Особенности конструкции генераторов на постоянных магнитах
Конструкция генератора на постоянных магнитах включает следующие основные элементы:
- Ротор с постоянными магнитами
- Статор с обмотками
- Подшипниковые опоры
- Корпус
Постоянные магниты располагаются на роторе и создают основной магнитный поток. При вращении ротора в обмотках статора индуцируется ЭДС. Для повышения эффективности и надежности часто применяются магнитные подшипники.
Применение магнитных подшипников в генераторах
Магнитные подшипники позволяют реализовать бесконтактное подвешивание ротора в магнитном поле. Это обеспечивает следующие преимущества:
- Отсутствие механического износа
- Работа без смазки
- Низкие потери на трение
- Возможность работы при высоких скоростях вращения
- Стабильность в широком диапазоне температур
Различают пассивные магнитные подшипники на постоянных магнитах и активные электромагнитные подшипники с системой управления. Активные подшипники обеспечивают более высокую грузоподъемность и жесткость, но требуют сложной системы управления.
Области применения генераторов на постоянных магнитах
Благодаря своим преимуществам генераторы на постоянных магнитах нашли широкое применение в следующих областях:
- Ветроэнергетика
- Малая гидроэнергетика
- Автономные источники питания
- Авиация и космонавтика
- Электротранспорт
- Бытовая техника
- Медицинское оборудование
Особенно перспективно использование таких генераторов в альтернативной энергетике, где требуются компактные и эффективные преобразователи механической энергии в электрическую.
Перспективы развития генераторов на постоянных магнитах
Дальнейшее развитие генераторов на постоянных магнитах связано со следующими направлениями:
- Создание новых магнитных материалов с улучшенными характеристиками
- Оптимизация конструкции для повышения КПД и удельной мощности
- Разработка эффективных магнитных подшипников
- Интеграция с силовой электроникой
- Применение сверхпроводящих обмоток
Это позволит еще больше расширить области применения таких генераторов и повысить их технико-экономические показатели.
Вы когда-нибудь держали в руках неодимовые магниты? Тогда представляете с какой неимоверной силой они притягиваются и отталкиваются друг от друга. Ну и естественно, наш пытливый ум начинает искать способы использования этой силищи. Каких только не придумано механизмов и конструкций, двигателей и альтернаторов.
В процессе творческого пути изобретатели сталкивались порой с новыми необычными эффектами и открытиями. Что бы вы понимали масштабность этой темы мы предлагаем краткий экскурс по наиболее нашумевшим проектам.
Начнем эту обширную тему с истории развития электромагнитного генератора Джона Серла (John Roy Robert Searl). В детстве Сёрл много болел и находился наедине с собой, что, как он считает, и послужило возникновению у него неординарного типа мышления, позволившего не попасть под догмы образовательной системы. С детства он видел вещие сны, которые в будущем послужили необходимыми ключами для создания его изобретений. Особенно его притягивали «магические квадраты». Джон Сёрл обнаружил, что его «обыкновенные» магические квадраты обладают необыкновенными свойствами. Для пытливого взора изобретателя и естествоиспытателя они стали, как говорит он сам, «окном в природу». Все в природе построено на строжайших закономерностях, убежден профессор, но мы их не видим. Мы не можем их увидеть, потому что получили стандартное образование, из-за чего просто ослепли. Или надели шоры. Заполнив свое сознание стереотипами, мы утратили саму способность удивляться, искать не предвзято, перестали видеть. И воспринимаем реальность не такой, какая она есть, а такой, какой нас научили ее воспринимать.
Джон в возрасте 14 лет поступил учеником электромонтера на завод в английском городе Бирмингеме. Работая с постоянными магнитами для электросчетчиков, он в 1946 году открыл новый эффект электромеханики, о котором в школе не рассказывают. В быстро вращающемся диске появлялась радиальная электродвижущая сила с вертикальным вектором. Для увеличения эффекта, Джон сначала намагничивал диски, а затем стал использовать постоянные магниты. Однажды его модель, состоящую из нескольких соединённых вместе колец, испытывали во дворе. При малых оборотах, в кольцах появилась большая радиальная разность потенциалов, что проявилось по характерному треску электрических разрядов и запаху озона. Затем произошло совсем необычное: блок колец оторвался от раскручивающего их мотора и завис на высоте 1,5 метра, постоянно увеличивая обороты вращения. Вокруг вращающегося объекта появилось розовое свечение – показатель активизации воздуха при падении давления. Объект начал подниматься. Наконец, вращение достигло такой скорости, что объект быстро исчез из виду в вышине. Вдохновлённый своими результатами, Джон, в период с 1950 по 1952 год создал и испытал свыше десятка моделей левитирующих дисков. В дальнейшем он научился управлять «разгоном» этих дисков. Уверенный в том, что общество будет с благодарностью принимать его открытия, он в 1963 году разослал приглашения на презентацию своей модели «летающей тарелки» в Королевский Дом и высшим министерским чинам. Но никто на приглашения не откликнулся. Обескураженный Джон на некоторое время перестал работать, потом, в 1967 году обратился к английским учёным, но те лишь высмеяли «неуча-электрика».
Как обычно, признание к изобретателю пришло из-за рубежа. Сначала от японцев, а значительно позже и от ученых других стран. В 1968 году произошло событие, которое, задержало развитие этих научных исследований. 30 июля 1968 года Джон испытывал аппарат «Р-11» весом почти 500 кг. При демонстрации аппарат опять перестал управляться, а затем взлетел и скрылся из виду на большой высоте в небе. Власти оперативно «отреагировали» на это событие. Местные электрики предъявили изобретателю счет за использование электроэнергии в течении прошлых 30 лет, хотя Джон имел собственную электростанцию. Он не имел возможности уплатить огромную сумму, поэтому его арестовали, судили, и посадили в тюрьму на 15 месяцев. Все оборудование и приборы уничтожили, а дом сожгли. В 1980-е годы о нем было много шума в прессе, как об «отце летающих тарелок». Потом все разговоры об этом талантливом изобретателе прекратились, как будто кто-то дал такую команду.
В настоящее время, Джон Серл открыт для контактов, о нем снимают фильмы и пишут книги. Он действительно заслуживает того, чтобы изучить его теорию и технологию. Необходимо отметить, что Джон Серл сделал фундаментальное открытие природы магнетизма, которое заключается в том, что добавление небольшой составляющей слабого переменного тока (примерно 100 милиампер) высокой частоты (около 10 MГц) в процессе изготовления постоянных магнитов придает им новые и неожиданные свойства. На основе этих магнитов Джон создал свои генераторы. Полагаю, что суть данной технологии состоит в создании магнитного материала, имеющего прецессию магнитных моментов. Основной интерес разработчика был в создании «летающих дисков», и это у него получалось с большим успехом, так как в его генераторах, кроме эффекта самовращения, создается эффект осевой активной силы. К продаже генераторов энергии, Серл и его коллеги готовы давно, иногда они давали рекламу, но до серийного выпуска развитие их проекта не дошло. Возможно, отсутствие серийного производства – это компромисс за то, что они сейчас еще имеют возможность продолжать исследования. На фото показана фотография небольшой экспериментальной установки в современной лаборатории Джона Серла. Слева на фото ролики не вращаются, а справа на фото показаны вращающиеся ролики. Фото публикуется с разрешения Джона Серла. Он прислал письмо в январе 2011 года, с пожеланиями успехов в исследованиях.
Один из современных генераторов Серла.
В интернете есть много фильмов с его презентациями и пояснениями о том, «как это работает». Официально, проектами занимается компания DISC Direct International Science Consortium Inc. Они ставят задачи коммерческого освоения космоса, в том числе. Технические подробности данного изобретения имеют аналогии с другими проектами. Эффект Серла, обнаруженный в магнитных взаимодействиях, проявляется в необычном поведении роликов, находящихся в области постоянного поля кольцевого магнита с осевой намагниченностью. Ролик, установленный на свое место «на орбите», после небольшого толчка влево или вправо, начинает движение по орбите с вращением вокруг своей оси, причем с постоянным увеличением орбитальной скорости. Этот эффект может быть объяснен явлением «запаздывания взаимодействия», которое, при перемагничивании, в особых материалах, возникает даже на небольших скоростях взаимного движения магнитов. Команда последователей Джона Серла продолжает его проекты, создавая новые конструкции и применяя современные материалы.
Для более детального обсуждения конструкции, можно обратиться к схеме Рощина и Година, которые в 1992 году в Институте Высоких Температур, Москва, построили и успешно испытали аналогичный генератор. Проект назывался «Астра». Схема экспериментальной установки показана на рисунке.
Установка «Астра», авторы Годин и Рощин, 1992 год
В данной конструкции, периферийные магниты (ролики с осевой намагниченностью) вращаются вокруг центрального магнита, имеющего форму кольца с осевой намагниченностью. Вращение создает электродвигатель с внешним питанием. Некоторые отличия от проектов Серла состоят в том, что магниты, в данном случае, не являются свободными, а установлены на общем роторе (элемент 3), хотя ролики также имеют свободу вращения вокруг своей оси. Диаметр магнитной системы рабочего тела конвертора Година и Рощина в проекте «Астра» был около 1 метра. При оборотах более 500 оборотов в минуту, начиналось самовращение, и машина переключалась от первичного привода на генератор с нагрузкой до 7 киловатт. Интересно, что в процессе работы также отмечалось наличие осевой вертикальной силы, и создается радиальное электрическое поле. В затемненном помещении, вокруг работающего генератора наблюдается коронный разряд в виде голубовато-розового свечения и характерный запах озона. При этом, облако ионизации охватывает статор и ротор, и имеет тороидальную форму. Вокруг установки отмечаются концентрические «магнитные стены», то есть области изменения величины магнитного поля и температуры среды. Расстояние между данными «магнитными стенами» было около 50–60 см, толщина «стен» примерно 5–8 см. Температура внутри «стен» была ниже окружающей примерно на 6–8 градусов. Концентрические «магнитные стены» и сопутствующие тепловые эффекты начинали проявляться, заметным образом, примерно с 200 об/мин, и линейно нарастали по мере увеличения числа оборотов.
Подробнее, читайте о данном проекте в стат
Аксиальный 20-ти полюсной ветрогенератор
Ветрогенератор аксиального типа на основе готовой ступицы и трехфазного генератора, который содержит 15 катушек, намотанных проводом 0.7 мм по 70 витков. Ротор данного генератора имеет 20 пар магнитов размером 20 на 5 мм, а толщина статора равна 8 мм. В этой модели используется двухлопастной винт и система защиты от сильного ветра.
Материалы и агрегаты использованные для постройки данного ветрогенератора:
1) автомобильная ступица
2) эпоксидная смола
3) металлические уголки
4) магниты размером 20 на 5 мм в количестве 40 штук
5) труба 20
6) суперклей
7) вазелин
8) ступица от прицепа «зубренок»
9) фанера
10) ламинат 8 мм
11) провод толщиной 0.7 мм
Рассмотрим более подробно основные этапы постройки и особенности конструкции данной модели ветрогенератора.
Для начала автор занялся намоткой катушек для статора. Чтобы облегчить данный процесс автор изготовил специальное приспособление:
Для его изготовления автор использовал трубу диаметром 20 мм, таким образом она как раз подходит под размеры магнитов. Автор решил изготовить катушки толщиной 7 мм.
Еще одно изображение самодельного станка для намотки катушек:
Автор отмечает, что благодаря данному станку, собранному из подручных материалов, намотка катушек прошла без особых трудностей. Главное мотать катушки виток к витку давая несильную натяжку для того, чтобы витки плотнее прижимались друг к другу.
Итак, автор приступил к изготовлению катушек для генератора. Для того, чтобы катушки не развалились после намотки автор промазывал их клеем для пластика, а так же дополнительно обернул оконным скотчем. Для намотки катушек автор использовал провод толщиной 0.7 мм по 70 витков на каждую катушку. Хотя после конечной сборки автор решил, что нужно было делать по 90 витков, это позволило бы выиграть по напряжению.
Далее была изготовлена форма для заливки статора. Автор решил сделать форму на подложке из фанеры. Для этого на фанеру была нанесена разметка, которая позволит более точно разместить катушки. Средняя часть формы сделана из ламината толщиной 8 мм. Для того, чтобы эпоксидная смола не приставала к форме, автор смазал ее вазелином, это позволит затем легко извлечь статор из заготовки после затвердевания эпоксидной смолы.
Для проводов были сделаны специальные канавки при помощи болгарки.
При заливке статора автор использовал стеклосетку, чтобы увеличить прочность статора. Уложив стеклосетку с каждой стороны статора, автор через заранее просверленные отверстия притянул крышку и оставил статор остывать.
Катушки статора были соединены пофазно, все шесть проводов от фаз были выведены по канавкам наружу, после чего провода были замазаны пластилином для того, чтобы смола не вытекала. В последствии автор соединил фазы звездой.
На следующий день статор был извлечен из формы, и автор слегка обработал края для ровности. Магниты на дисках автор так же решил залить эпоксидной смолой для большей надежности.
На фотографиях ниже можно рассмотреть, как была выполнена поворотная ось ветрогенератора:
Основой для изготовления поворотной оси послужила автомобильная ступица. Для того, чтобы защитить будущий ветрогенератор от слишком сильного ветра автор использовал стандартную конструкцию увода от ветра путем складывания хвоста. Важно заметить, что ветроголовку необходимо вынести минимум на 100 мм, иначе защита от ветра не будет работать так как ось генератора будет расположена слишком близко к поворотной оси.
Так же к конструкции был приварен штырь под углом в 20 градусов и на 45 градусов относительно винта, на этот штырь одевается хвост ветрогенератора.
Рассмотрим конструкцию ступицы генератора.
За основу самого генератора была взята ступица от прицепа «Зубренок». Автор использовал неодимовые магниты размером 20х5 мм. На каждый диск ушло по 20 магнитов. Ступица была закручена через пластину, на которую прикреплены уголки. Статор генератора будет держаться на шпильках.
Далее автор приступил к изготовлению дисков с магнитами.
Магниты были прикреплены на диски при помощи суперклея. Для того, чтобы сделать все максимально точно автор изготовил шаблон из картона. Так же важно заметить, что магниты должны клеиться с чередованием полюсов, таким образом, чтобы на генераторе диски с магнитами притягивались.
Ниже можно рассмотреть, как именно был закреплен хвост ветрогенератора, который будет защищать его от сильного ветра:
На фотографии ветроголовка была размещена слишком близко к поворотной оси ветрогенератора, что в последующем было выявлено на испытаниях и устранено. Однако само крепление хвоста и углы наклона верные. После доведения конструкции до ума, она отлично себя проявила: при усилении ветра винт отворачивается, а хвост складывается и поднимается вверх.
Автор решил сделать для начала двухлопастной вариант винта для своего генератора. Лопасти были изготовлены из ПВХ трубы. Так же был сооружен кожух, который будет закрывать генератор от дождя.
Затем генератор был собран и покрашен. После покраски автор решил испытать работу генератора. От руки удалось раскрутить генератор до 30 вольт с силой тока кз 4.5 А.
Данный генератора работает на 3 светодиодные ленты по 25 ватт каждая, но в будущем автор планирует более серьезно подойти к расчету винта для генератора и подключить аккумулятор.
статья взята с сети интернет: http://usamodelkina.ru/
Следите за новостями!
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а
В статье рассмотрены перспективы создания высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных магнитов. Описан положительный опыт применения неодимовых магнитов в технике и быту разного вида конструкций магнитоэлектрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Показано, что их применение широко способствует утверждению альтернативной энергетики, дает возможность значительно улучшить экологическую нагрузку. А также было рассмотрено использование магнитных подшипников, их принцип действия, разновидности с отличиями друг от друга.
Ключевые слова: генераторы, постоянные магниты, магнитные подшипники.
Начнем с того, что такое генератор? Генератор — (лат. Generator «производитель») электрическая машина, преобразующая какой-либо вид энергии (химическую, тепловую, световую, механическую) в электрическую. В дальнейшем нас интересует преобразование механической энергии в электрическую.
В облегченном виде генератор можно представить, как: индуктор (магнит или электромагнит), якорь (обмотка, при изменении магнитного потока в которой возникает ЭДС), контактные кольца и скользящие по ним контактные пластинки (щетки), с их помощью снимается или подводится ток к вращающейся части генератора. Ротор — это вращающаяся часть генератора, а статор — неподвижная [1].
Работа генератора основана на использовании закона электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитный поток, индуцируется ЭДС.
Мир не стоит на месте и развивается. Увеличивается число новых разработок в электроэнергетике, которые требуют немалой электроэнергии и ее качества. Увеличивается количество электроприборов. Все это приводит с каждым годом к увеличению потребности в электроэнергии и в ее высоком качестве.
За последнее время приобрела большую популярность разработка и создание генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Дело в том, что у таких генераторов наилучшие энергетические показатели, долговечны, выдерживают высокую частоту вращения, а также обладают высокой надежностью [1].
В 30-х годах прошлого века появились электрические машины на постоянных магнитах феррита бария FeBa и феррита стронция FeSr, а также магнитов ЮНДК. Постоянные магниты имели низкие удельных характеристики, из-за этого и ограничивалась возможность по повышению мощности генераторов, изготовленных на этих магнитах [1].
В 80–90 годы были разработаны постоянные магниты из нового материала NdFeB (неодимовые магниты), получившие широкое распространение в промышленном изготовлении генераторов на постоянных магнитах [1].
Неодимовый магнит, который изготавливают из металлов редкоземельной группы, имеет трехкомпонентный состав. В него входят неодим (самый ценный, заменяется самарием, Sm), бор и железо. Но наибольшее распространение получили магниты, в составе которых 2 атома неодима (Nd), 14 — железа (Fe) и 1 — бор (В). Достоинство сплава — отсутствует кобальт, который достаточно дорогой. Недостаток — низкая коррозийная стойкость, следует покрывать защитными слоями из меди, цинка, никеля, хрома [2].
В 1982 году в Японии был впервые представлен постоянный магнит на основе формулы Nd2Fe14B, как совместная разработка автомобильной корпорации GeneralMotors и компании SumitomoCorporation. Эти компании смогли найти формулу идеального сплава, благодаря которому магниты приобрели исключительные эксплуатационные свойства [3].
В зависимости от используемой порошковой технологии магниты классифицируются на магнитопласты (прессованные и литые) и спеченные.
Наиболее перспективным способом является спекание исходного материала, а окончательные формы нарезаются в соответствии с требованиями заказчика к размерам. Что дает возможность изготовить магниты из данного материала практически любых форм и размеров [4].
Все это открывает широкую перспективу применения магнитов NdFeB в электромоторах, ветра генераторах, датчиках холла, медицинской технике и во многих других отраслях.
В настоящее время массовое производство неодимовых магнитов является одной из наиболее развитых, востребованных и перспективных отраслей. Главный производитель на сегодня — Китай.
На ряду из редкоземельных магнитов с NdFeB существуют SmCo (Самарий-Кобальт). Они изготавливаются из сплавов близкими по составу к интерметаллическим соединениям SmCo5 или Sm2Co17. Данные магниты по сочетанию магнитных свойств (остаточной индукции Вr и коэрцитивной силы по намагниченности Нсм) занимают промежуточное место между магнитами Nd-Fe-B и ферритовыми. Их преимуществом перед магнитами из NdFeB является хорошая временная стабильность, отличная коррозионная устойчивость и используются в качестве альтернативы NdFeB, когда требуется работа при высоких температурах. В 5 раз большее значение магнитного произведения (ВН)макс перед ферритами и на порядок большая коэрцитивная сила по намагниченности перед магнитами из сплава ЮНДК [5].
SmCo магниты применяются в часовых механизмах, высококачественных звукодинамиках, автомобильных датчиках, компактных высокооборотных двигателях, и др.
Магниты изготавливаются на основе сплава Al-Ni-Co-Fe. В сравнении с ферритовыми магнитами имеют значительно большую индукцию насыщения и, следовательно, остаточную индукцию. Хоть и коэрцитивная сила магнитов системы ЮНДК значительно меньше ферритов, магнитная энергия их выше и произведение (ВН)макс достигается до 60–70 кДж/м³. Преимущества магнитов ЮНДК: высокая температурная стабильность в интервале температур до 550°С; значительно меньшая стоимость по сравнению с магнитами из Sm-Co [6].
Генератор на постоянных магнитах вырабатывает как переменный, так и постоянный ток.
Несмотря на то, что в промышленности зачастую применяется переменный ток, генераторы постоянного тока используются в различных промышленных, транспортных и других установках, в электролизной промышленности, на судах, тепловозах и т. д. Они могут выполняться с магнитным и комбинированным возбуждением, где также используются постоянные магниты для создания магнитного потока, и электромагнитным возбуждением.
Эксплуатация и производство генераторов с высококоэрцитивными постоянными магнитами показала их высокие технико-экономические параметры, резонность и уместность их применения в системах электроснабжения. Особенностями параметров редкоземельных магнитов являются: низкое значение магнитной проницаемости, высокое значение коэрцитивной силы по намагниченности от напряженности магнитного поля [7].
Применение высокоэнергетических постоянных магнитов, состав которых неодим-железо-бор, позволило упростить конструкцию и значительно уменьшить размеры и вес генераторов, это было началом в развитии малой ветроэнергетики. Также генераторы на неодимовых магнитах стали применяться в автотранспорте, авиации, машиностроении и других областях [7].
Теорема (запрет) Ирншоу:
В системе тел, взаимодействующих посредством полей, потенциал которых изменяется обратно пропорционально расстоянию от источника, и не способных к изотропному вытеснению полей взаимодействия из занимаемого пространства, устойчивое равновесие невозможно.
Для решения данной проблемы в генераторах на постоянных магнитах используются постоянные магниты на магнитных подвесах.
Магнитный подшипник работает на принципе магнитной левитации ферромагнитных тел, (в частности роторов) в магнитном или электромагнитном полях из-за силы магнитного притяжения/отталкивания, создаваемого этими полями. Следствие этого является отсутствие контакта между поверхностями и нет необходимости в смазке. Такие подшипники обладают высокой надежностью за счет того, что могут работать в жестких условиях эксплуатации, при высоких/низких давлениях, криогенных температурах, на высоких скоростях. Также они экологичные, незначительное потребление энергии, за счет отсутствия соприкасающихся частей, соответственно и трения, работают длительное время, обладают низким уровнем вибрации [8].
Важнейший недостаток магнитных подшипников — зависимость от магнитного поля. Для предотвращения исчезновения магнитного необходимо обеспечить страховочные подшипники. Обычно это подшипники качения, которые могут выдерживать один или два отказа магнитных подшипников, после чего их необходимо заменить [8].
В зависимости от способа реализации различают: пассивные(на постоянных магнитах), магниторезонансные и активные магнитные подшипники. Активные магнитные подшипники уже получили определенное распространение, а пассивные подшипники (где магнитное поле создается высокоэнергетическими постоянными магнитами, например, NdFeB) только на стадии разработки [9].
Радиальные и осевые магнитные подшипники на постоянных магнитах (МППМ) (см. рис. 1, а и 1, б соответственно) могут исполняться по различным схемам. Одним из вариантов конструкции для МППМ является использование двух или более магнитных колец [10].
Рис 1. Магнитные подшипники на постоянных магнитах: а) радиальный; б) осевой
У таких подвесов так же имеются недостатки, такие как невозможность создания полного подвеса роторов только с их применением, что следует из теоремы Ирншоу.
Активные магнитные подшипники (АМП) — это управляемое электромеханическое устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов. Напряжение или ток управления в обмотках этих электромагнитов регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков положения ротора. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов [11].
Магниторезонансные подшипник (МРП) имеют принцип действия, основанный на применении электрической резонансной LC-цепи, которая реализует принцип саморегулирования положения подвешиваемого ротора относительно статорных электромагнитов. Простота конструкции такого подшипника обладает существенными недостатками: малая грузоподъемность, относительно малые зазоры, потери энергии на вихревые токи и перемагничивание и др. От сюда следует крайне редкого его применения [9].
Основное отличие МППМ от МРП и АМП заключается в том, что они не нуждаются в источниках электроэнергии, им не нужна система автоматического регулирования, которая составляет основную часть стоимости АМП. Однако они имеют относительно низкую жесткость, которая не может изменяться. Достоинством же АМП является возможность реализации жесткости опор в широком диапазоне, что позволяет обеспечивать устойчивость движения ротора для заданных возмущающих динамических нагрузок.
На практике, исходя из разумного баланса между достоинствами и недостатками, часто применяются комбинированные магнитные подвесы, которые используют МППМ и АМП в различных конструктивных вариациях.
Литература:
- Магазин постоянных магнитов [электронный ресурс]. — URL: http://magnetmagazin.com/articles/117/ (дата обращения: 23.09.2016).
- «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория» [электронный ресурс]. — URL: http://ferrite.ru/products/magnets/ndfeb/ (дата обращения: 23.09.2016).
- Магазин магнитов [электронный ресурс]. — URL: http://www.xn--24–8kcmzvj5b.xn--p1ai/page/istoriya-neodimovyh-magnitov (дата обращения: 23.09.2016).
- MAGSY [электронный ресурс]. — URL: http://www.magnity-magsy.ru/25250-neodymium-magnets-ndfeb (дата обращения: 23.09.2016).
- «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория» [электронный ресурс]. — URL: http://ferrite.ru/products/magnets/smco/ (дата обращения: 23.09.2016).
- «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория» [электронный ресурс]. — URL: http://ferrite.ru/products/magnets/alnico/ (дата обращения: 23.09.2016).
- Магазин магнитов [электронный ресурс]. — URL: http://www.xn--24–8kcmzvj5b.xn--p1ai/page/generatory-na-postoyannyh-magnitah (дата обращения: 23.09.2016).
- Подшипник RU [BearingRu] [электронный ресурс]. — URL: http://www.pkural.ru/tech/section124/ (дата обращения: 23.09.2016).
- Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение // СПб.: Политехника, 2003. — 206 с.
- Мартыненко Г. Ю. Определение жесткостных характеристик радиальных магнитных подшипников на двух кольцевых постоянных магнитах // Вестник НТУ «ХПІ», Тем. вип. «Динамика и мощность машин». — Харьков: НТУ «ХПІ». — 2007. — No 38. — С. 83–95.
- SchweitzerG., BleulerH., TraxlerA. Activemagneticbearings. — Zurich: ETH, 1994. — 244 с.
Основные термины (генерируются автоматически): магнит, постоянная, подшипник, генератор, коэрцитивная сила, магнитное поле, магнитный поток, высокая надежность, магнитное притяжение, остаточная индукция.
Неодимовый магнит – это редкоземельный металл, обладающий стойкостью к размагничиванию и способностью намагничивать некоторые материалы. Используется при изготовлении электронных устройств (жесткие диски компьютеров, металлодетекторы и т.д.), медицине и энергетике.
Неодимовые магниты используются при изготовлении генераторов, работающих в различных видах установках, вырабатывающих электрический ток.
В настоящее время генераторы, изготовленные с использованием неодимовых магнитов, широко используются при изготовлении ветровых установок.
Основные характеристики
Содержание статьи
Для того, чтобы определиться в целесообразности изготовления генератора на неодимовых магнитах, нужно рассмотреть основные характеристики данного материала, которыми являются:
- Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
- Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
- Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
- Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
- Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
- Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
- Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.
В состав неодимовых магнитов, кроме неодима входит железо и бор и зависимости от и их процентного соотношения, получаемое изделие, готовый магнит, различается по классам, отличающимся по своим характеристикам, приведенным выше. Всего выпускается 42 класса неодимовых магнитов.
Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:
- Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм , ВН.
- Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
- Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
- Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).
Ветрогенератор на неодимовых магнитах мощностью 5,0 кВт
В настоящее время отечественные и зарубежные компании все более широко используют неодимовые магниты при изготовлении тихоходных генераторов электрического тока. Так ООО «Сальмабаш», г. Гатчина Ленинградской области, выпускает подобные генераторы на постоянных магнитах мощностью 3,0-5,0 кВт. Внешний вид данного устройства приведен ниже:
Корпус и крышки генератора изготавливаются из стали, в дальнейшим с покрытием лакокрасочными материалами. На корпусе предусмотрены специальные крепления, позволяющие закрепить электрический аппарат на несущей мачте. Внутренняя поверхность обработана защитным покрытием, предотвращающим коррозию металла.
Статор генератора набран из электротехнических пластин стали.
Обмотка статора — выполнена эмаль-проводом, позволяющим устройству работать продолжительное время с максимальной нагрузкой.
Ротор генератора имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены неодимовые магниты.
Генератор не требует принудительного охлаждения, которое осуществляется естественным путем.
Технические характеристики генератора мощностью 5,0 кВт:
- Номинальная мощность – 5,0 кВт;
- Номинальная частота – 140,0 оборотов/минуту;
- Рабочий диапазон вращения – 50,0 – 200,0 оборотов/минуту;
- Максимальная частота – 300,0 оборотов/минуту;
- КПД – не ниже 94,0 %;
- Охлаждение – воздушное;
- Масса – 240,0 кг.
Генератор оснащен клеммной коробкой, посредством которой осуществляется его подключение к электрической сети. Класс защиты соответствует ГОСТ14254 и имеет степень IP 65 (пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды).
Конструкция данного генератора приведена на рисунке, приведенном ниже:
где: 1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- неодимовые магниты, 6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.
Плюсы и минусы
К достоинствам ветрогенераторов, изготовленных с использование неодимовых магнитов можно отнести следующие характеристики:
- Высокий КПД устройств, достигаемый за счет минимизации потерь на трение;
- Продолжительные сроки эксплуатации;
- Отсутствие шума и вибрации при работе;
- Снижение затрат на установку и монтаж оборудования;
- Автономность работы, позволяющая осуществлять эксплуатацию без постоянного обслуживания установки;
- Возможность самостоятельного изготовления.
К недостаткам подобных устройств можно отнести:
- Относительно высокая стоимость;
- Хрупкость. При сильном внешнем воздействии (ударе), неодимовый магнит способен лишиться своих свойств;
- Низкая коррозийная стойкость, требующая специального покрытия неодимовых магнитов;
- Зависимость от температурного режима работы – при воздействии высоких температур, неодимовые магниты теряют свои свойства.
Как сделать своим руками
Ветровой генератор на основе неодимовых магнитов отличается от прочих конструкций генераторов тем, что легко может быть изготовлен самостоятельно в домашних условиях.
Как правило за основу берут автомобильную ступицу или шкивы от ременной передачи, которые предварительно очищаются, если это бывшие в употреблении запасные части и подготавливаются к работе.
При наличии возможности изготовить (выточить), специальные диски, лучше остановиться на этом варианте, т.к. в этом случае не придется подгонять геометрические размеры наматываем ых катушек к размерам используемых заготовок.
Неодимовые магниты следует приобрести, для чего можно воспользоваться сетью интернет или услугами специализированных организаций.
Один из вариантов изготовления генератора на неодимовых магнитах, с использованием дисков, специально изготовленных для этих целей, предлагает к рассмотрению Яловенко В.Г. (Украина). Данный генератор изготавливается в следующей последовательности:
- Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
- Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
- В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
- Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:
- Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
- Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм2, наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
- На листе фанеры или бумаге, изготавливается шаблон, соответствующий диаметру используемых дисков, на котором также производится разбивка на 12 секторов.
Катушки укладываются в размеченные сегменты, где фиксируются (изолента, скотч и т.д.) и расключаются последовательно между собой (конец первой катушки соединяется с началом второй и т.д.). в результате получается следующая конструкция
- Из дерева (доска и т.д.) или фанеры, изготавливается матрица, в которой можно залить эпоксидной смолой уложенные по шаблону катушки. Глубина матрицы должна соответствовать высоте катушек.
- Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:
- Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
- Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
- На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:
- Конструкция должна жестко крепить статор (заготовка с обмотками, залитыми эпоксидной смолой), с одной стороны, и не затруднять вращение ротора (диски с недимовыми магнитами).
- Из трубы (полиэтилен, пропилеи и т.д.), используемой для прокладки сетей водопровода или канализации, изготавливаются лопасти ветрового генератора. Для этого труба нарезается нужной длины, после чего разрезается и заготовкам придается соответствующая форма.
- Изготавливается хвостовок ветровой установки. Для этого может быть использован любой листовой материал (фанера, металл, пластик), после чего хвостовик крепится к собираемой конструкции, со стороны противоположной креплению лопастей. В результате получается следующая конструкция:
- Собранная установка монтируется в предусмотренном для этого месте.
- К выводам генератора подключается нагрузка.
Конструкция ветрового генератора на неодимовых магнитах может быть различной, все зависит от имеющихся запасных частей и технический возможностей человека, решившего изготовить подобное устройство самостоятельно.
Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Супермаховик- альтернативный накопитель энергии
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!
Генераторы PMG Windkraft
Генератор — устройство преобразующее механическую энергию в электрическую. В качестве механической энергии может выступать энергия ветра, воды, топлива. Все электростанции используют в своем составе генераторы: атомные электростанции, теплоэлектростанции, гидроэлектростанции, бензиновые и дизельные электростанции и так же ветроэлектростанции.
Все современные электрогенераторы можно разделить на два основных вида: генераторы с возбуждением и без возбуждения. Для генераторов с возбуждением, необходим внешний источник электроэнергии, который дает возбуждение (включает в работу электромагнит). Данный вид генераторов имеет не высокую цену. Но существенным недостатком таких генераторов является не высокий КПД и присутствие щеток скольжения, что требует частого обслуживания генератора.
Второй тип генераторов — с возбуждением от постоянных магнитов. Им не нужен внешний дополнительный источник электроэнергии. В генераторе на роторе установлены магниты, при вращении которых, генерируется электроэнергия. Данная конструкция практически не требует частого обслуживания, так как не имеет в своем составе щеток скольжения. Поэтому данный генератор очень надежный и может длительное время работать не прерывно. Единственное, что требует обслуживания — это подшипники. Так же особенность генератора на постоянных магнитах, что он начинает генерировать электроэнергию сразу же, когда только начинается вращение. Поэтому данные генераторы выгодно применять в мобильных установках, небольших ветрогенераторах для работы в полевых условиях. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость и не стабильное напряжение на выходе. Необходимо дополнительно применять системы стабилизации напряжения или контролеры заряда для аккумуляторных батарей.
Наша компания занимается производством генераторов на постоянных магнитах для применения в ветрогенераторах, гидроэлектростанциях, бензо- газо- и дизельных установках.
Благодаря применению мощных неодимовых магнитов и современных разработках нам удалось добиться КПД генератора 92,5% и практически убрать магнитное залипание магнитов ротора к статорному железу.
Под заказ клиента возможно изготовление генератора с выходным напряжением от 15В до 380В. Так же возможно изготовление низкооборотистых генераторов от 60 об/мин.
Всем нашим клиентам предлагаем услуги по монтажу дополнительного оборудования для стабилизации выходного напряжения или зарядки аккумуляторных батарей. Есть возможность подготовки и продажи готовых комплектов «под ключ»
Преимущества наших генераторов:
1. КПД более 90%
2. Применяются неодимовые магниты с рабочей температурой до 150 °C
3. Ремонтопригодность: полюса магнитов закреплены специальными винтами. При необходимости есть возможность заменить полюс генератора не прибегая к дорогостоящему ремонту. Кроме того, крепление с помощью винтов более надежно, чем клея.
4. Каждый ротор отбалансирован на стенде, что продлит «жизнь» подшипников и самого генератора.
5. Применяются качественные, оригинальные подшипники NSK/SKF.
6. Вал генератора изготавливается из нержавеющей стали.
7. Под заказ клиента возможно изготовить генератор с не стандартными характеристиками: напряжение, мощность, обороты, крепление.
Приминение генераторов на постоянных магнитах:
— ветрогенераторы
— гидроэлектростанции
— дизельные, бензиновые установки
— установка на привод от сельхозтехники
| Мощность | Обороты |
| 20 об/мин | |
| 30 об/мин | |
| 300Вт | 100 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 400 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 500Вт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 60 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 1 кВт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 250 об/мин | |
| 300 об/мин | |
| 400 об/мин | |
| 500 об/мин | |
| 1000 об/мин | |
| 150 об/мин | |
| 1,5 кВт | 300 об/мин |
| 500 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 2 кВт | 150 об/мин |
| 300 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 70 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 3 кВт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 500 об/мин | |
| 750 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 5 кВт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 250 об/мин | |
| 500 об/мин | |
| 40 об/мин | |
| 60 об/мин | |
| 10 кВт | 100 об/мин |
| 150 об/мин | |
| 300 об/мин | |
| 400 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 20 кВт | 300 об/мин |
| 400 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 30 кВт | 300 об/мин |
| 400 об/мин |
Генератор на неодимовых магнитах
Магнитный генератор
Магнитный двигатель – это реально бесплатный генератор энергии, который может эффективно заменить подключение от локальной электрической сети, и не требует сложной разработки, нужно только купить магниты. Форум электриков утверждает, что таким образом можно создать бесшумный источник тока.
Фото — Магнитный генератор
Он работает по принципу мощных неодимовых постоянных магнитов. Когда магнитная сила достигает необходимого уровня, чтобы преодолеть трение, скорость двигателя направляется на пандусы, значение доходит до равновесия. В обычном двигателе, магнитное поле возникает от электрических катушек, которые как правило, состоят из меди (Cu), а иногда алюминия (Al).
Поскольку медь и алюминий не являются сверхпроводниками (их сопротивление не равно нулю), обычный электродвигатель должен непрерывно производить электроэнергию для поддержания магнитного поля и компенсации потерь. Этому построению сложно работать из-за высоких показателей потерь.
В магнитной конструкции не нужны катушки самоиндукции, поэтому он работает практически без потерь. Магнита использует постоянное магнитное поле, в котором генерируется сила движущегося ротора. Недостатком магнитов является то, что он не может управлять потоком. Вы не сможете переключить магнит на резистор или реле. Но преимуществ намного больше, чем недостатков:
- Низкая себестоимость;
- Отличные показатели работоспособности;
- Практически нет потерь электроэнергии.
Инструкция по сборке магнитного генератора с фото
Практическую модель этого генератора легко построить самостоятельно. Все, что вам нужно, это подходящий набор неодимовых магнитов. Очень маленькие неодимовые магниты можно найти даже в компакт-дисках или DVD фокусирующей системе.
Простейший самодельный механический генератор энергии подходит для генерации низких и средних уровней свободной мощности. Максимальная выходная величина значительно выше, чем максимум электрического контура энергии. При более легкой конструкции, чем электромагнитный прибор, мы получаем аналоговый асинхронный генератор.
Для генерации полезной электроэнергии, есть два варианта:
- 1.Использование мотков электродвигателя в качестве основы магнитного движка. Такой домашний прибор гораздо проще в конструировании, но в таком случае мотор должен иметь достаточно места для набора магнитов и обмотки катушек (при необходимости намотка осуществляется самостоятельно), для работы на дисбалансе.
- 2.Подключить к магнитному двигателю электрогенератор. Вы можете напрямую связывать валы или использовать зубчатую передачу. Второй вариант генератора способен генерировать больше энергии, но его сложно сконструировать.
Рассмотрим самостоятельный способ сборки.
Вентилятор компьютера может быть использован для создания небольшого прототипа магнитного генератора свободной энергии.
Фото — Компьютерный радиатор как двигатель
Фото — Вентилятор от компьютера в разборке
Изначально катушки используются для создания магнитного поля. Мы можем заменить катушки неодимовыми магнитами. Магниты должны быть помещены в тех же направлениях, в которых расположены исходные катушки. Это гарантирует, что ориентация магнитного поля, необходимая для работы двигателя, остается такой же. В этом двигателе, есть четыре катушки, поэтому нужно использовать четыре магнита.
Фото — Катушки Фото — Подключение неодимовых магнитов к катушке
Магниты, расположены в направление катушек. Двигатель работает из-за образовавшегося МП, он не нуждается в электроэнергии. Меняя направление магнитов, Вы можете изменять скорость вращения двигателя, соответственно и его энергию.
Фото — Правильное расположение магнитов
Фото — Поворот магнитов и работа двигателей
Эти генераторы свободной энергии – вечные, двигатели будут работать до тех пор, пока из цепи не уберется какой-то магнит. Если собрать такой мотор в домашних условиях из более мощного радиатора, то электричества хватит для питания лампочки или даже нескольких бытовых приборов (до 3 кВт), просто Вам понадобится прикрепить к устройству провода, которые будут передавать ток к потребителю электроэнергии.
Следите за новостями!
p.s. в статье использованы материалы с источников сети интернет
Самодельный ветряк
Приобретение ветрогенератора — дорогостоящая и не всегда полностью эффективная затея. Образцы ветряков, имеющиеся в продаже, имеют ограниченный срок службы, низкую ремонтопригодность и высокую цену. Покупка такого комплекта не по карману многим потенциальным пользователям. Выходом из положения становится самостоятельное изготовление ветрогенератора, обходящееся гораздо дешевле и позволяющее получить устройство с высокой эффективностью и производительностью.
Самодельный ветряк имеет высокую ремонтопригодность и, как следствие, длительный срок службы. Зачастую конструкцию по ходу эксплуатации модернизируют, улучшают и доводят до максимально возможных параметров, чего нельзя сделать с заводскими комплектами.
Тихоходные ветрогенераторы
Наиболее привлекательными конструкциями ветряков для большинства регионов России являются образцы, дающие высокие показатели на слабых и средних ветрах — тихоходные ветряки. Для них характерна возможность начинать вращение при низких скоростях потока, выдавая достаточное напряжение для питания приборов потребления.
Выработка энергии на таких устройствах производится генераторами, адаптированными к работе с ветряками. Специфика конструкции таких генераторов состоит в высокой чувствительности, поскольку устройство изначально рассчитывается на работу с низкими скоростями вращения.
Для того, чтобы обеспечить заданный режим работы, необходимо обмотку возбуждения исключить из конструкции, заменив ее постоянными магнитами. В результате отпадет необходимость подачи напряжения для образования электромагнитов, индукция станет более стабильной, независимой от источника питания на обмотке ротора. Кроме того, отпадет надобность в щеточном узле, подающем питание на обмотку возбуждения.
Изготовление ротора на постоянных магнитах
Конструкция генератора на постоянных магнитах в каком-то смысле проще, чем с электромагнитным возбуждением. Создание такого устройства может выполняться как на базе готового генератора, так и при помощи подручных материалов.
Модификация автомобильного генератора
Создание ротора на постоянных магнитах требует достаточно серьезного вмешательства в конструкцию. Необходимо уменьшить диаметр на толщину магнитов плюс толщину стальной гильзы, которая одевается на ротор для образования сплошного магнитного потока и одновременно служит посадочной площадкой под магниты. Некоторые специалисты обходятся без гильзы, устанавливая магниты прямо на ротор с уменьшенным диаметром и фиксируя на эпоксидку.
Процесс изготовления требует участия производственного оборудования. В токарный станок зажимается ротор и аккуратно снимается слой с таким расчетом, чтобы установленные магниты вращались с минимальным зазором, но вполне свободно. Установка магнитов производится на пластины ротора с чередованием полюсности.
Наибольшего эффекта удается добиться при установке относительно небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении. Достигается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью во всех точках.
Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска
Рассмотренный способ относится к готовым генераторам, нуждающимся в небольших изменениях конструкции. К таким устройствам относятся автомобильные генераторы, часто применяющиеся самодеятельными конструкторами в качестве базового устройства. Зачастую генераторы собирают полностью самостоятельно, не имея готового устройства.
В таких случаях действуют несколько иначе. За основу берется автомобильная ступица с тормозным диском. Она качественно отбалансирована, прочна и приспособлена к нагрузкам определенного рода. Кроме того, размер ступицы позволяет разместить по окружности большое число магнитов, позволяя получить трехфазное напряжение.
Магниты с чередованием полюсности размещают на равноудаленном от центра расстоянии. Очевидно, что наибольшее число можно установить, если приклеивать их как можно ближе к наружному краю. Наиболее точным показателем станет размер магнитов, который определит возможность размещения на определенном расстоянии. Число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался ритм чередования полюсов при вращении.
Наклейка магнитов на ступицу производится при помощи любого клея, оптимальным вариантом считается эпоксидная смола, которой заливают магниты полностью. Это защищает их от воздействия влаги или от механических воздействий. Перед заливкой по краю ступицы рекомендуется сделать бортик из пластилина, не позволяющий эпоксидке стекать со ступицы вниз.
Конструкция генератора на автомобильной ступице наиболее удобна при изготовлении вертикального ветряка. Примечательно, что подобную схему можно использовать и без ступицы, на диске, вырезанном из обычной фанеры. Такая конструкция намного легче, позволяет выбирать удобный размер, что делает возможным создание чувствительного и производительного устройства.
Ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах
Наиболее сильными магнитами, обладающими оптимальными параметрами для использования в конструкции генератора, являются неодимовые магниты. Они несколько дороже обычных, но превосходят их многократно и дают возможность создать мощное устройство при относительно компактном размере.
Принципиального отличия в конструкции не имеется. Неодимовые магниты изготавливаются в различных формфакторах, позволяющих выбрать наиболее удобный для себя вариант — тонкие продолговатые брусочки, форма таблетки, цилиндры и т.д. если используется металлический ротор, то приклеивать магниты необязательно, они сами по себе с усилием прикрепляются к основанию. Остается лишь залить их эпоксидкой для защиты от коррозии.
Приобрести такие магниты проще всего через Интернет, заодно можно сразу же выбрать самую удобную форму.
Изготовление статора
Статор — это неподвижная часть генератора, несущая силовую обмотку, индуцирующую электрический ток. В зависимости от типа конструкции, статор может быть использован от готового устройства (например, от автомобильного генератора), или изготовлен с нуля самостоятельно. Техника изготовления в каждом случае своя, но принцип остается общий — по окружности, охватывающей вращающийся ротор, располагаются катушки, вырабатывающие переменный ток.
При модификации автомобильного генератора иногда силовые обмотки не трогают, предпочитая изменить конструкцию ротора и на этом остановиться. Чаще всего причиной тому является слабая техническая или теоретическая подготовка, когда мастер имеет весьма смутное представление, как именно подобные вещи делаются. Рассмотрим вопрос внимательнее:
Выбор количества фаз
Многие мастера пытаются облегчить себе задачу, делая генератор на одну фазу. В данном случае простота весьма сомнительная, так как экономия усилий получается только на стадии намотки катушек. Зато при эксплуатации получается неприятный эффект — амплитуда напряжения имеет классический вид, отчего выпрямленный ток имеет пульсирующую структуру.
Скачки противопоказаны аккумуляторам, создают отрицательное воздействие на все узлы комплекса и способствуют быстрому выходу из строя. Появляется вибрация, которая может стать причиной жалоб соседей, источником неприятных ощущений для людей или животных.
Трехфазная конструкция, напротив, имеет более мягкую огибающую, в выпрямленном состоянии ток практически не имеет каких-либо отклонений. Мощность устройства имеет стабильное значение, сохраняется в рабочем состоянии механическая и электрическая часть агрегата.
Выбор между трех- и однофазным устройством однозначно следует делать в сторону трехфазной конструкции. Количество намотанных катушек возрастает, но число витков не настолько велико, чтобы отказываться от более качественного результата из-за призрачной экономии времени.
Модификация статора автогенератора
Автомобильный генератор имеет готовые силовые катушки, плотно уложенные в каналах статора. Для получения качественного результата требуется изменить чувствительность статора, поскольку номинальная частота вращения автомобильного двигателя находится в пределах 2000-3000 об/мин, а на пике может подниматься до 5000-6000 об/мин. Таких параметров ветряк выдать не в состоянии, а использование повышающей передачи значительно снизит мощность крыльчатки.
Решением вопроса становится увеличение количества витков, для чего старые обмотки демонтируются, а на их место наматываются новые, с большим числом витков из более тонкого провода. При этом, нельзя использовать слишком тонкий провод, так как с возрастанием числа витков растет и сопротивление, делающее генератор менее производительным. Необходимо соблюдать «золотую середину», увеличивая количество аккуратно, без излишнего рвения.
Важно! Подобная операция требует расчета, но на практике чаще всего поступают проще — наматывают столько витков, сколько способна вместить конструкция статора. Результат обычно достигается положительный, поскольку слишком большое число витков вместить не получится.
Изготовление статора аксиального типа
Такая конструкция подойдет для генератора аксиального типа, ротор которого создан из ступицы и тормозного диска от автомобильного колеса. Статор имеет форму плоского диска, по окружности которого расположены силовые обмотки. Они должны быть намотаны из достаточно толстого провода, чтобы число витков было достаточным, но и сопротивление не снижало эффективность конструкции. Количество катушек кратно трем, чтобы на каждую фазу приходилось одинаковое количество.
Соединяются они между собой звездой, для каждой фазы соединяются 1, 4, 7, 10 и т.д. При намотке однофазного статора каждая катушка мотается в противоположном направлении — первая по часовой стрелке, вторая — против, затем опять по часовой и т.д. соединяются они последовательно.
Готовый статор устанавливается соосно с ротором. Зазор между катушками и неодимовыми магнитами должен быть минимальным, но ход ротора свободный, без соприкосновения с катушками.
Для защиты от влаги, пыли или прочих воздействий катушки обычно заливают эпоксидной смолой. Для этого предварительно делается по внешнему краю диска статора бортик из пластилина высотой, немного превышающей слой заливки.
Сборка крыльчатки
Крыльчатка должна обеспечивать максимальную чувствительность. Перед тем, как начать создание ветряка, следует подробно изучить метеорологическую обстановку в регионе, направление и скорость преобладающих ветров, частоту и силу шквалистых порывов, возможность ураганов. Эта информация поможет выбрать наиболее подходящую конструкцию ветряка (вертикальный или горизонтальный, размер, количество лопастей и т.п.).
Создание крыльчатки производится из подручного материала на основании параметров генератора. Размер лопастей должен обеспечивать начало вращения при невысоких скоростях потока, но не создавать чрезмерно большой преграды. Это снизит риск падения мачты при сильном порыве или шквале.
Регионы с нестабильными и часто меняющимися ветрами (каких большинство в России) больше подходят для эксплуатации вертикальных конструкций. Горизонтальные ветряки считаются более эффективными, но нуждаются в установке на высокие мачты, что создает проблемы при обслуживании.
Рабочее колесо ветрогенератора должно быть качественно отбалансировано и прочно соединено. Установка комплекта на крышу дома запрещается, особенно, если в нем проживает несколько семей. Рекомендуется выбирать открытое место на возвышении неподалеку от дома, чтобы длина кабеля не создавала большого сопротивления. Поблизости не должно быть преград, высоких деревьев или зданий, заслоняющих прямой поток ветра.
Рекомендуемые товары
Электрогенератор | инструмент | Британика
Электрический генератор , также называемый Динамо , любая машина, которая преобразует механическую энергию в электроэнергию для передачи и распределения по линиям электропередачи для бытовых, коммерческих и промышленных потребителей. Генераторы также вырабатывают электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.
Британика Викторина
Гаджеты и технологии: факты или вымысел?
Клавиатура компьютера — древнее устройство.
Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая сила может поступать из нескольких источников: гидравлические турбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, вырабатываемый теплом от сжигания ископаемого топлива или от ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели.Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.
Почти все генераторы, используемые для питания электрических сетей, генерируют переменный ток, который меняет полярность на фиксированной частоте (обычно 50 или 60 циклов, или двойные инверсии в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электрической сети, они должны работать на одной частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.
Синхронные генераторы
Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую мощность при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд). Конкретной формой используемого переменного тока является синусоида, которая имеет форму, показанную на рисунке 1.Это было выбрано потому, что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены и имеют ту же самую форму, что и результат. В таком случае идеально иметь все напряжения и токи синусоидальной формы. Синхронный генератор предназначен для создания этой формы настолько точно, насколько это практически возможно. Это станет очевидным, поскольку основные компоненты и характеристики такого генератора описаны ниже.
Синусоида. Encyclopædia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняРотор
Элементарный синхронный генератор показан в поперечном сечении на рисунке 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в прорези, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре статора, приблизительно синусоидально распределена по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна наружу сверху, максимальна внутрь снизу и равна нулю с двух сторон, что приблизительно соответствует синусоидальному распределению.
Элементарный синхронный генератор. Encyclopædia Britannica, Inc.Статор элементарного генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, чтобы обеспечить легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, две стороны которой расположены в пазах утюга, а концы соединены друг с другом изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.
Когда ротор вращается, в катушке статора возникает напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется во времени, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит две стороны катушки. Следовательно, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже.Форма сигнала напряжения будет приблизительно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.
Роторная структура генератора на рисунке 2 имеет два полюса, один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в катушке статора за каждый оборот ротора. Следовательно, частота электрического выхода, измеренная в герцах (циклов в секунду), равна скорости ротора в оборотах в секунду. Например, чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, первичный двигатель и частота вращения ротора должны составлять 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту.Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной по причинам механического напряжения. В этом случае ротор генератора имеет четыре полюса с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн за оборот. Необходимая частота вращения ротора при частоте 60 герц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, которые используются в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения скорости вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — число полюсов.
,Генератор с постоянными магнитами
Параметры продукта
Параметры PMG
Номинальная мощность | 0,5 кВт — 5000 кВт |
Номинальная скорость вращения | 20 об / мин — 3000 об / мин |
Номинальное напряжение | 24 В переменного тока — 1140 В переменного тока |
метод Wending | Y |
Тип генератора | постоянный магнит AC |
Номер фазы | Трехфазный |
Классификация степеней | IP54 |
Материал корпуса генератора | Сталь |
Один чертеж модели для вашей справки:
Преимущество продукта
| 1 | постоянных магнитов редкоземельных элементов Nd-Fe-B |
| 2 | Low Speed |
| 3 | Прямой привод, без использования коробки передач |
| 4 | SKF подшипник |
| 5 | Коэффициент мощности близок к 1 |
| 6 | Не требует технического обслуживания, может использоваться во всех средах. |
| 7 | Длительный срок службы> 20 лет, может работать на высокой скорости 24 часа 365 дней. |
| 8 | Многополюсная конструкция, повышающая частоту и эффективность выпрямителей и инверторов. |
| 9 | Индивидуальные: напряжение, скорость, мощность, частота и т. Д. |
| 10 | Н класс изоляции, вакуумная пропитка под давлением. |
| 11 | Отличное рассеивание тепла, также можно добавить вентилятор охлаждения |
Системное решение
Техническая бригадаGREEF может предоставить комплексное решение ON-grid и Off-grid для проекта, в котором использовался наш генератор с постоянными магнитами.
Все оборудование может быть изготовлено в соответствии с конкретными требованиями заказчика.
Компания GreeF поставляет различные генераторы на постоянных магнитах, которые подходят для управления следующим оборудованием
| 1 | Управляемый ветровой энергией ——— Ветровая турбина |
| 2 | Управляемый гидроэнергией ——- Гидрогенератор |
| 3 | с приводом от ремня с моторами |
| 4 | с приводом от двигателя |
| 5 | Dirven от вечного двигателя |
| 6 | Dirven на испытательном заводе |
| 7 | Dirven от себя создание |
| 8 | Приводит в действие генератор с постоянными магнитами и заставляет его вращаться, тогда он может генерировать энергию |
GREEF поставляет генератор по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями каждого клиента: напряжение, скорость, мощность, частота и т. Д.
| номинальная скорость | номинальное напряжение | ЧАСТОТА | |
| 0,5 кВт | об / мин ~ 400 об / мин | 12 В ~ 220 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 1KW | об / мин ~ 600 об / мин | 12 В ~ 220 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 2 кВт | об / мин ~ 1000 об / мин | 12В ~ 400В | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 3 кВт | об / мин ~ 1500 об / мин | 48 В ~ 690 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 5 кВт | об / мин ~ 1500 об / мин | 48 В ~ 690 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 10 кВт | об / мин ~ 1500 об / мин | 120 В ~ 690 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 15 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 120 В ~ 690 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 20 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 120 В ~ 690 В переменного тока | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 25 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 120 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 30 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 120 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 50 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 220 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 80 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 220 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 100 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 220 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 150 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 380 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 200 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 380 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 250 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 380 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 300 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 380 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 500 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 380 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 700 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 800 кВт | об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 1MW | 200 об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 2MW | 200 об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 3MW | 200 об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 4MW | 600 об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
| 5MW | 600 об / мин ~ 3000 об / мин | 690 В ~ 1140 В ~ | 10 Гц ~ 60 Гц |
Упаковка и доставка
1.В генераторе Greef используется внутренняя пенная защита, наружный корпус Plywooden.
2. Размер и вес упаковки, пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом продаж.
3. Доставка морем с FCL / LCL до ближайшего порта
или доставка самолетом до ближайшего аэропорта
или доставка по DHL / FedEx / UPS / TNT до вашей двери
Если у вас есть какие-либо запросы в упаковке и доставке, пожалуйста, свяжитесь с нами напрямую.
Наши услуги
На все генераторы GREEF предоставляется бесплатная 3-летняя гарантия, Вся техническая поддержка в течение всей жизни и поставка части стоимости.
(1) Гарантийный срок начинается с даты отгрузки, указанной в транспортной накладной или авианакладной.
(2) Бесплатные услуги по техническому обслуживанию в течение гарантийного периода, расходы на которые несет компания, не взимают плату с клиентов, бесплатную гарантию, если какой-либо ущерб за пределами гарантийного периода, компания взимает плату за оплату труда и материалы.
(3) гарантийный период, проблемы с качеством компании, вызванные обслуживанием груза, который несет компания, если не по гарантии или в результате искусственного повреждения, расходы на фрахт клиента.
Похожие записи
