КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з предмету “Проектування спеціальних ЕМ”

Частина 2. Проектування магнітоелектричних та колекторних спеціальних машин

1. Застосування постійних магнітів в електричних машинах

Постійні магніти (ПМ) останнім часом знаходять дуже широке застосування в най­різноманітніших галузях техніки, що пояснюється безперервно зростаючими потребами техніки у пристроях з цими магнітами, тобто в, головним чином, магнітоелектричних перетворювачах енергії. Це призвело до розробки нових матеріалів для ПМ і конструк­ційних сталей з високою механічною міцністю. Області застосування ПМ надзвичайно широкі. Це і електромашинобудування, апаратобудування, приладобудування, радіо­електроніка, транспорт, техніка зв’язку, медична техніка тощо.

Оскільки для створення магнітного поля ПМ не має потреби в джерелі живлення в деяких випадках тільки їх застосування дає єдино прийнятне технічне рішення.

Постійні магніти знаходять застосування практично у всіх типах спеціальних ма­шин малої потужності (синхронних двигунах та генераторах, колекторних двигунах та генераторах, а також у безконтактних двигунах постійного струму) загального засто­сування в багатьох мікромашинах сис­тем автоматики, як силових, так і інформаційних.

Зокрема серед інформаційних машин з постійними магнітами виконуються вимірювачі швидкості – тaxoгенератори постійного та змінного струму (синхронні). Серед силових ЕМ постійні магніти застосовуються у виконавчих двигунах постійного струму та моментних двигунах постійного струму, а також синхронних двигунах.

В автономних системах електрообладнання, які встановлюються на пересувних електростанціях, в авіа- та автотранспорті з’явились ЕМ, поява яких завдячує матеріа­лам для ПМ з високими характеристиками: це гене­ратори комбінованого збудження, вентильні двигуни і авіаційні генератори, що працюють разом з перетворювачами час­тoти в системах електрозабезпечення постійною частотою. Часто генератори працюють в режимі двигунів, що призводить до особливих вимог, які встановлюють до їх характе­ристик та параметрів. При цьому існує велика різноманітність ГПС із ПМ не лише за конструкцією, але навіть за принципом роботи.

У зв’язку з тим, що з’явилися матеріали подібні за характеристиками до ПМ типу ЮНДК, але з дуже добрим механічними властивостями на базі Fe-Co-Cr леговані Si (Cr – 31%, Co – 23 %, Si – 1 %, Fe – 45 %, з Н_с=74 кА/м, (ВН)_max= 62,5 Tл×кА/м, В_r=1 Tл з границею міцності 71–73 кГ/мм² з можливим видовженням 10–15 %, доцільним є вивчення кривих розмагнічування для цього типу матеріалів.

Переваги та недоліки магнітоелектричних машин

Основним недоліком СМ з обмоткою збудження на роторі є наявність ковзних контактів, які можна усунути шляхом використання сучасних магнітів на основі високо коерцетивних сплавів. Останнім часом розроблені машини з ПМ здатні конкурувати за масогабаритними й енергетичними показниками в широкому діапазоні потужностей та частот обертання. Отже, для СМ з ПМ – перевагами є відсутність контактів, втрат на збудження, вища надійність в роботі, здатність до синхронного обертання в гру­пових електроприводах, висока стабільність миттєвої кутової швидкості.

Що стосується двигунів та генераторів постійного струму з ПМ, то основні переваги їх у порівнянні з традиційними ЕМ – це відсутність втрат на збудження, вища надійність, вища механічна міцність елементів конструкцій. В окремих випадках, застосування ПМ є єдиним можливим розв’язком поставленої технічної задачі, (коли неможливо забезпечити живлення обмотки збудження), наприклад, в глибинних генераторах.

В певному діапазоні частот струму і потужностей такі ЕМ мають кращі техніко-економічні показники, ніж ЕМ з електромагнітним збудженням.

Поряд з перевагами ЕМ з ПМ мають ряд недоліків, що визначаються розкидом параметрів ПМ, неможливістю безпосередньо регулювати поле збудження, в ДПС з порожнистим ротором – наявність великого повітряного проміжку. Це приводить до того, що навіть із використанням дорогих висококоерцетивних сплавів, ЕМ з ПМ часто має більшу масу порівняно з ЕМ традиційної конструкції.

Однак в ряді випадків, зокрема при розробці так званих кінетичних акумуляторів у автомобілебудуванні тільки застосування найсучасніших сплавів для ПМ зробили розробку технічно виправданою.

В СД застосування ПМ дещо погіршує пускові властивості. Часто ряд недоліків ЕМ з ПМ вдається подолати. Зокрема виготовляють ЕМ з комбінованим збудженням.

У безконтактних машинах ПС застосування ПМ дає такі визначні результати, як підвищення їх техніко-економічних показників та можливість поєднати силову та інформаційну (давачі положення ротора) частини машини в корпусі, хоч це, безперечно, не єдине технічне рішення.

Застосування генераторів з ПМ значно спрощує розв’язання ряду проблем: охолодження (немає втрат в індукторі), зменшується необхід­ність в мінімальному повітряному проміжку між статором й ротором, змен­шується рівень пульсацій за рахунок покращеної конфігурації індуктора та можливості застосування безпазового статора. Причому потужність ЕМ з ПМ сягає 1-120кВА і навіть 1000 кВа [19].

Велике значення має застосування безконтактних генераторів у автомобіле­будуванні, на транспорті.