Генераторы на постоянных магнитах
В последнее время большое внимание уделяется разработке и созданию генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Интерес к этому классу генераторов обусловлен их лучшими энергетическими показателями, простотой конструкции, большим сроком службы, надежностью, способностью работать при высоких частотах вращения в тяжелых условиях эксплуатации. Электрические машины с применением постоянных магнитов феррита бария FeBa и феррита стронция FeSr, а также магнитов ЮНДК появились в 30-е годы прошлого столетия. Невысокие удельные характеристики выпускаемых в то время постоянных магнитов ограничивали возможности по наращиванию мощности генераторов собранных на этих магнитах.
Разработанные в 80-90-е годы из нового материала постоянные магниты NdFeB получили широкое распространение в промышленном изготовлении генераторов на постоянных магнитах. В настоящее время многие мастера-исследователи собирают своими руками различные вариации генераторов, стоит только купить неодимовый магнит для генератора или найти его в неисправном электрооборудовании. Чаще всего для изготовления пробных образцов генераторов используют плоский магнит 30Х5 или 30Х10 мм, пластину 60х10х5 мм, магниты в форме бруска например: 40х10х10 мм, 100х15х15 мм.
Генератор — (лат. generator «производитель») прибор, преобразующий какой – либо вид энергии (химическую, тепловую, световую, механическую) в электрическую. В упрощенном виде в генераторе можно выделить следующие части:
а) индуктор — магнит или электромагнит, создающий магнитное поле;
б) якорь — обмотка, в которой при изменении магнитного потока возникает индуцированная ЭДС;
в) контактные кольца и скользящие по ним контактные пластинки (щетки), при помощи которых снимается или подводится ток к вращающейся части генератора.
Вращающаяся часть называется ротором генератора, а неподвижная часть его — статором.
Генератор на постоянных магнитах вырабатывает как переменный, так и постоянный ток.
Хотя в промышленности применяется главным образом переменный ток, генераторы постоянного тока используются в различных промышленных, транспортных и других установках — в электролизной промышленности, на судах, тепловозах и т. д. Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнитным, электромагнитным возбуждением и комбинированным возбуждением. Для создания магнитного потока в генераторах первого и последнего типов используют также постоянные магниты.
По типу конструкции ротора различают синхронные и асинхронные генераторы.
Синхронный генератор – механизм, работающий в режиме генерации энергии, в котором частота вращения магнитного поля стартера равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку стартера, наводит в ней ЭДС электродвижущая сила. В синхронном генераторе ротор выполнен в виде постоянного магнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но обязательно кратно двум. В бытовых электростанциях чаще всего применяют ротор с двумя полюсами. Синхронный генераторы способны кратковременно выдавать ток в 3-4 раза выше номинального. Также синхронные генераторы оптимальны для подключения оборудования с высокими стартовыми токами. Опыт разработок синхронных генераторов с постоянными магнитами показал, что наибольший эффект достигается у генераторов с большими частотами вращения.
Асинхронный генератор работает в режиме торможения. В этом случае ротор вращается в одном направлении с магнитным полем стартера, но с опережением. Теоретически асинхронные генераторы на постоянных магнитах возможны, но на практике они редко изготавливаются. Также они имеют ряд недостатков: высокая себестоимость, зависимость от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных нагрузках; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т.д.
По типу первичного двигателя генераторы можно разделить на турбогенераторы, гидрогенераторы, двигатели внутреннего сгорания, ветрогенераторы, парогенераторы, то есть по виду двигателей, которые преобразуют природные энергетические ресурсы в механическую работу. Применение высокоэнергетических постоянных магнитов состава неодим-железо-бор позволило упростить конструкцию и значительно уменьшить размеры и вес генераторов, что послужило толчком к развитию малой ветроэнергетике, как в России, так и за рубежом.
Опыт проектирования, разработки, производства и эксплуатации генераторов с высококоэрцитивными постоянными магнитами показал их высокие технико-экономические характеристики, обоснованность и целесообразность их применения в системах электроснабжения. Особенностями параметров редкоземельных магнитов являются низкое значение магнитной проницаемости, высокое значение коэрцитивной силы по намагниченности от напряженности магнитного поля. Генераторы на неодимовых магнитах нашли применение в ветроэнергетике, автотранспорте, авиации, машиностроении и других областях.
Разработка генератора постоянного тока на неодимовых магнитах на магнитных подвесах
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.
вип. «Динамика и мощность машин». — Харьков: НТУ «ХПІ». — 2007. — No 38. — С. 83–95.Основные термины (генерируются автоматически): магнит, постоянная, подшипник, генератор, коэрцитивная сила, магнитное поле, магнитный поток, высокая надежность, магнитное притяжение, остаточная индукция.
тихоходный генератор gs-3
Тихоходный генератор мощностью 3000 Вт, для комплектации ветро, гидроустановок.
При эксплуатации для производства энергии от миниГЭС без использования АКБ, возможна эксплуатация на мощности 7 кВт/час.
Детальное описание товара
Тихоходный генератор GS-3 Установленная мощность – 3000 Вт
Мы предлагаем:
- Индивидуальный подбор генератора под ваши задачи.
- Короткие сроки с момента подписания контракта, до отгрузки .
- Экологически чистые технологии, отсутствие вреда для людей и окружающей среды.
- Интегрированные решения.
ОПИСАНИЕ ТИХОХОДНОГО ГЕНЕРАТОРА (GS-3)
Трехфазный генератор переменного напряжения с возбуждением от постоянных магнитов. Номинальная мощность — 3000 Вт. Генератор рассчитан на продолжительный режим работы в ветрогенераторных установках как вертикального так и горизонтального типа. Возможно применение ветрогенератора для сооружения мини ГЭС.
Тихоходный генератор : GS-3
Номинальная мощность, Вт при эксплуатации на напряжение — 48 в | 3000 |
ЭДС генератора, В Eген= 48в на 50-65 об/мин
Оптимальное напряжение включения генератора (в) |
48 |
Напряжение | Переменное |
Количество фаз | 3 |
Число пар полюсов | 2p=15 |
Миниамльные обороты ротора зарядки АКБ, Об/мин | 55-65 |
Максимальные обороты ротора зарядк АКБ, Об/мин | 160-200 |
Габаритные размеры | |
Диаметр, мм | 608 |
Высота, мм | 250 |
Масса | |
Вес , кг | 80 |
Корпус генератора | |
Материал ротора усилен ребрами жесткости | Спец. |
Материал статора усилен ребрами жесткости | Спец.сталь |
Покраска | Эмаль ПФ |
Крепление | |
Крепление ротора | Шпилька М12 |
Крепление статора | Шпилька М10 |
сталь
- Гарантия на генератор – 12 месяцев
- Срок службы составляет не менее 15 лет.
Генератор требует одного профилактического осмотра в год, смазки подшипников, протяжки крепления статора, ротора к ступице
Система возбуждения PMG с постоянными магнитами
В настоящее время при производстве дизельных электростанций используются три варианта систем возбуждения: SHUNT, AREP и PMG.
Использование постоянных магнитов в конструкции альтернаторов позволяет модернизировать стандартную систему с самовозбуждением, где энергия возбуждения поступает от обмоток главного выхода, в систему с независимым возбуждением (использование дополнительного генератора с постоянными магнитами). Это позволяет улучшить характеристику напряжения во время работы с нелинейными нагрузками, где пусковые токи могут превышать номинальные до 6-7 раз, что особенно важно при запуске электрических асинхронных двигателей, погружных насосов, сварочных аппаратов и пр.
Стандартная система возбуждения, где в момент просадки напряжения при подключении дополнительной нагрузки автоматический регулятор напряжения (AVR) не получает достаточно питания, может позвонить работать только с перегрузками до 180% от номинальной мощности. При этом система возбуждения PMG благодаря регулировке тока возбуждения позволяет электрогенератору работать даже при коротком замыкании или с трёхкратными токовыми перегрузками.
Главной особенностью генераторов с системой возбуждения PMG является то, что питание катушки возбуждения и автоматического регулятора напряжения обеспечивается от независимого источника, а именно от дополнительного генератора с постоянным магнитом в качестве ротора, таким образом, питание возбуждения не зависит от нагрузки на основной статор.
Блок генератора с постоянным магнитом генерирует переменный ток, который регулятор использует как энергию возбуждения. Сам блок устанавливается на том же валу, что и основной альтернатор, на неведущей стороне привода генератора и подключается к регулятору напряжения.
Питание катушек возбуждения при использовании генератора возбуждения на постоянных магнитах (PMG) обеспечивается через автоматический регулятор напряжения. Регулятор контролирует и исправляет выходное напряжение генератора, создающее поле возбуждения, благодаря регулировке тока возбуждения. Точность регулировки обеспечивается тем, что регулятор контролирует среднее напряжение по фазам, а также определяет частоту вращения и автоматически снижает напряжение при её уменьшении. Именно это позволяет избежать избыточного возбуждения при низких оборотах и уменьшает нагрузку на двигатель. Для аварийного управления автоматический регулятор напряжения (AVR) может быть оснащён ручным регулятором, который также питается от генератора с постоянным магнитом.
При обслуживании и демонтаже альтернаторов с постоянными магнитами необходимо соблюдать особую осторожность, поскольку магниты достаточно сильные и могут повредить обмотку при касании статора.
Итак, подводя итог всего вышеперечисленного нужно сказать, что генераторы с системой возбуждения с питанием регулятора напряжения от дополнительного блока с постоянными магнитами имеет ряд значительных преимуществ по сравнению с другими системами возбуждения, главный из которых — возможность стабильно и надёжно работать в условиях значительных перегрузок и даже незначительных замыканий.
Переделка авто-генератора на магниты — как сделать пример
Многие, кто делает самодельные ветрогенераторы, часто генераторы для них изготавливают из автомобильных генераторов, причем от любых автомобилей, или даже тракторов и грузовиков. Все эти генераторы схожи по конструкции.
Есть конечно и необычные образцы с ротором на постоянных магнитах, или с пятифазной обмоткой статора, но в основном это классические трёхфазные генераторы с электро возбуждением.
Перелелка генератора обычно заключается в перемотке статора более тонким проводом и изготовлении нового ротора на постоянных магнитах, так получаются оптимальные результаты, но трудности при перемотке и цена магнитов часто отпугивает от такой переделки.
>
Но генератор для ветряка можно сделать и малой кровью. К примеру на этих фото переделывался авто генератор Г250. Статор его имеет 18 катушек, по 6 на фазу, ротор 12-ти полюсной. При этом статор не перематывался и остался как есть с родным диодным мостом.
>
Переделке подвергся ротор генератора, но он тоже не протачивался и не изготавливался с нуля. Было решено просто в полюсах ротора высверлить отверстия под магниты.
>
Для ротора были куплены 12 круглых магнитов размерами 15*3 мм. На роторе размещены чередуясь полюсами.
>
>
После сборки генратор был опробован и покручен дрелью, примерно на 600-700 об/м генератор выдавал 16 вольт и 7,5 Ампер. Так-же подключенная лампочка на 60 ватт головного света автомобиля горела в полный накал. После этих данных было решено пробовать делать винт.
>
Для ветряка на основе этого генератора был сделан трехлопастной винт, но как оказалось от ветра много оборотов трудно получить, да и ветра сильного не наблюдается. Залипание есть небольшое, и на слабом ветру сам не стартует, если крутануть, то раскручивается сам, но как только остановится так и стоит.
А когда крутится с него никакого толку так-как напряжение всего 1-3 вольта, иногда до 5 вольт на слабом ветру. По этому было решено перемотать статор более тонким проводом, в общем эксперименты над генератором продолжаются, а так-же надо подумать о новом винте, который надо рассчитать с учетом новых параметров генератора.
Розрахунок малопотужного вітроелектрогенератора для домогосподарств
| Abstract: | UK: В статті виконано аналіз існуючих малопотужних ВЕГ (до 10 кВт) і виявлені їх конструктивні недоліки. При усуненні виявлених недоліків розроблено малопотужний ВЕГ зі здвоєним дводисковим ротором спрощеної конструкції з використанням неодимових магнітів, що відрізняється надійністю та підвищеним ККД. Доведено недоцільність використання методики розрахунку синхронного генератора з постійними магнітами при розрахунку ВЕГ на неодимових магнітах. Запропоновано методику розрахунку ВЕГ на неодимових магнітах, яка
відрізняється простотою та практичністю, при використанні якої можна розрахувати основні параметри ВЕГ при різній швидкості вітру, кількості полюсів та якірних котушок. RU: В статье выполнен анализ существующих маломощных ВЭГ (до 10 кВт) и выявлены их конструктивные недостатки. При устранении выявленных недостатков разработан маломощный ВЭГ со сдвоенным двухдисковым ротором упрощенной конструкции с использованием неодимовых магнитов, что привело к повышению надежности и КПД генератора. Доказана нецелесообразность использования методики расчета синхронного генератора с постоянными магнитами при расчете ВЭГ на неодимовых магнитах. Предложена методику расчета ВЭГ на неодимовых магнитах, которая отличается простотою и практичностью, при использовании которой можно рассчитать основные параметры ВЭГ при разной скорости ветра, количестве полюсов и якорных катушек. EN: The article analyses the existing low-power WEG (up to 10 kW) and reveals their design flaws. During the elimination of the identified shortcomings, the low-power WEG with a dual two-disc rotor of a simplified design using neodymium magnets was developed. It has the following advantages: the execution of a multi-pole rotor ensures an increase of a frequency of a generated EMF, which eliminates the use of a multiplier; uniform fixation in a circle on the periphery of the first rotor disk of neodymium permanent magnets provides reliable excitation of the magnetic field and frequency stability of the generated EMF in the armature windings; the implementation of the second rotor disk in the form of a steel plate provides a simplification of the construction, reduction of the number of magnets, dimensions and cost of the construction; the implementation of the stator plastic disk eliminates the loss on heat of the disk, reduces the shift moment, which extends the range of operating wind speed; the arrangement of the windings on a fixed stator avoids moving contacts, and thus increases the efficiency and reliability of the generator; the implementation of stator coils without core and steel magnetic circuit ensures the reduction of the moment of displacement of the generator, and therefore its start at low wind speed; the manufacture of stator coils with flat trapezoidal shape improves the stator compactness, increases the stator volume utilization factor, and thus contributes to the reduction of the size and the mass of the generator; the use of powerful neodymium magnets reduces the size and the mass of the generator. It is proved inappropriate to use the method of calculation of a synchronous generator with permanent magnets in the calculation of WEG on neodymium magnets. The method of calculation of WEG on neodymium magnets is offered. The method is simple and practical, using which it is possible to calculate the basic parameters of WEG under different wind speed, number of poles and armature coils. |
Разработка ветроэлектрогенераторов с аксиальным магнитным потоком на неодимовых магнитах для когенерационного ветропарка повышенной эффективности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
УДК 620.92
РАЗРАБОТКА ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ С АКСИАЛЬНЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ НА НЕОДИМОВЫХ МАГНИТАХ ДЛЯ КОГЕНЕРАЦИОННОГО ВЕТРОПАРКА ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
©2018г. А.В.Жарков
В статье рассмотрены вопросы применения малой ветроэнергетики в практике ведения хозяйствования на садовых и приусадебных территориях. Сегодня для получения тепловой и электрической энергии возникла необходимость применения ветроэнергетических установок, работа которых полностью бы удовлетворяла потребностям малых форм собственности и предпринимательства. Существующие промышленно выпускаемые установки не всегда удовлетворяют конкретным требованиям. Цель представленной работы — обосновать разработку и эффективность технических решений запатентованных ветро-электрогенераторов на постоянных неодимовых магнитах. Предлагаемый когенерационный ветропарк повышенной производительности содержит несколько ветротепловых установок с индукционными преобразователями энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ) и один общий ветроэлектрогенератор. Причем неподвижные дисковые магнитопроводы каждого ИПЭВТ имеют кольцевую форму и расположены на периферии центральных дисков увеличенного диаметра, выполненных из немагнитного материала, а кольцевые обмотки возбуждения присоединены к общему ветроэлектрогенератору, ротор которого выполнен многополюсным с равномерно закрепленными по кругу, на периферии дисков, постоянными неодимовыми магнитами, а статор -в виде симметрично расположенных по внутреннему периметру диска плоских пустотелых якорных катушек, залитых компаундом.
По мере увеличения скорости ветра, схема соединения катушек может быть изменена путем изменения количества параллельных ветвей в статарной обмотке в соотношении 1:2:4:8 и наоборот, что способствует расширению рабочего диапазона использования ветра. Таким образом, можно констатировать, что представленное техническое решение обеспечивает повышение эффективности ВТУ, расширяя диапазон рабочей скорости ветра, увеличивая коэффициент использования энергии ветра, упрощает и удешевляет конструкцию ИПЭВТ.
Ключевые слова: энергия ветра, тепловая и электрическая энергия, ветроэнергоустановка, индукционный преобразователь, когенерация, ветроэлектрогенератор, статор, ротор, неодимовые магниты, выпрямитель.
The article is devoted to small-scale wind power engineering. Today, there is a need to use wind power plants to produce heat and electricity, the work of which would fully meet the needs of small forms of ownership and entrepreneurship. Existing, industrially produced plants do not always meet specific requirements. The purpose of the paper is to present the rationale for the development and efficiency of our patented wind generators on permanent neodymium magnets. We offer cogeneration wind farm enhanced performance contains several wind power plants with IPMT and one common wind power. Moreover, the stationary disc cores each, IPMT have an annular shape and is located on the periphery of the central disk of larger diameter, made of a nonmagnetic material, and an annular excitation winding is connected to a common wind power, the rotor of which is made multi-pole with fixed uniformly in a circle, on the periphery of the disks, permanent neodymium magnets, and the stator is in the form of symmetrically located along the inner circumference of the disk 16 flat hollow anchor coils, encapsulated. As the wind speed increases, the coil connection circuit can be changed by changing the number of parallel branches in the stator winding in the ratio: 1:2:4:8, and vice versa, which contributes to the expansion of the operating range of wind use.
Thus, it can be stated that the presented technical solution provides an increase in the efficiency of the wind power plant, expanding the range of the operating wind speed, increasing the wind energy utilization factor, simplifying and reducing the cost of the design of the IPMT.
Keywords: wind energy, thermal and electric energy, wind power plant, induction converter, cogeneration, wind power generator, stator, rotor, neodymium magnets, rectifier.
Введение. В настоящее время все чаще рассматриваются вопросы использования источников возобновляемой энергии для обеспечения тепловой и электрической энергией потребителей небольшой мощности, расположенных на сельских территориях, в рекреационных зонах, в пригородной части крупных городов, в садоводческих товариществах и на приусадебной территории [1, 2]. При этом в качестве источников энергии рассматривается использование и ветроэнергетических установок (ВЭУ) небольшой мощности, способных справиться с поставленными перед ними задачами. Несмотря на целую серию ВЭУ, выпускаемых промышленностью, сегодня продолжается проектирование установок, которые могли бы гарантированно вырабатывать электрическую энергию, стабильно работать при различном диапазоне ветров, быть ремонтопригодными и простыми в эксплуатации [3].
Основным элементом ВЭУ является генератор, конструкция которого может быть реализована в раз-ноообразных вариантах (как, например, синхронные и
асинхронными генераторы, генераторы с разными системами возбуждения и т.п.).
В последнее время большое внимание уделяется разработке и созданию генераторов с возбуждением от постоянных магнитов (ПМ). Интерес к этому классу генераторов обусловлен их лучшими энергетическими показателями, простотой конструкции, большим сроком службы, надежностью, способностью работать при высоких частотах вращения в тяжелых условиях эксплуатации.
Впервые ПМ на основе формулы 1\1с12Ре14В был представлен в Японии в 1982 году [4]. В настоящее время массовое производство неодимовых магнитов является одной из наиболее развитых, востребованных и перспективных отраслей. Главным производителем этих уникальных магнитов сегодня является Китай [5].
Цель статьи. Обосновать разработку и эффективность запатентованных нами ветроэлектроге-нераторов (ВЭГ) на постоянных неодимовых магнитах
применительно к ветропарку повышенной производительности.
Результаты исследований и их обсуждение. В настоящее время во всем мире большое внимание уделяется процессам когенерации, которые обеспечивают комбинированное (совместное) производство электрической и тепловой энергии от одного источника [6, 7, 8]. Перед владельцами небольших ветротепловых установок (ВТУ) появляется проблема: что делать с ветровой энергией, когда в теплоте нет потребности, а ветер дует. Вместе с тем, около 40% энергии крестьянину нужны в виде НПТ.
Когенерационный ветропарк [8] содержит несколько ВТУ с индукционными преобразователями энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ) и, по крайней мере, один автономный (ВЭГ) с выпрямителем переменного тока. Каждая ВТУ содержит ветродвигатель и ИПЭВТ,
который состоит из неподвижных стальных магни-топроводов с зубчатым строением прилегающих цевых поверхностей.
Известно, что в небольших ВЭУ наиболее распространены многополюсные генераторы с пос-тоянными магнитами [9]. Преимуществом машин с постоянными магнитами является простота конструкции, отсутствие контакта скольжения, высокий КПД и меньшее нагревание из-за отсутствия потерь в обмотке возбуждения и в контакте скольжения.
За прошлый год нами разработано и запатентовано несколько эффективных конструкций ВЭГ с аксиальным магнитным полем на неодимовых магнитах, опубл. 25.05.2017 в бюл. № 10 (пат. 116122, 116482, 116497, 116510, 116576). На рисунках 1, 2, 3 изображены некоторые из них.
1 — цилиндрический корпус; 2 — вал; 3, 4 — подшипниковые щиты; 5,6- двухдисковый ротор; 7, 8 — неодимовые магниты; 9 — катушки; 10 — бакелитовый статорный диск Рисунок 1 — Маломощный ВЭГ с двухдисковым ротором (пат. 116482 [10])
1 — цилиндрический корпус; 2 — вал; 3 — подшипниковые щиты; 4 — многополюсный роторный диск; 5 — неодимовые магниты; 6 — внешние роторные стальные диски; 7 — пластмассовый статорный диск с катушками;
8,9- распорные втулки; 10 — упорные кольца Рисунок 2 — Двухстаторный ВЭГ с дисковым составным ротором (пат. 116510 [11)]
Принцип работы ВЭГ с аксиальным магнитным потоком на постоянных неодимовых магнитах будет рассмотрен ниже, применительно к ВЭГ с изменяемой номинальной частотой вращения перекоммутацией статорной обмотки.
Недостатком массовых ВЭУ с одним ВЭГ, рассчитанным на свой диапазон рабочего ветра, является недоиспользование энергии ветра при другой скорости ветра. Это приводит к отклонению его быстроходности 1
от оптимальной величины 10Пт и к уменьшению коэффициента использования энергии ветра Ср [9].
В основу полезной модели по пат. 116497 [12] поставлена задача создания ВЭГ (рисунок 3) с расширенным диапазоном использования энергии ветра за счет изменения количества полюсов статорной обмот-
ки, в зависимости от скорости ветра: увеличение количества полюсов статорной обмотки вдвое при каждом удвоении скорости ветра и, наоборот, уменьшение количества полюсов вдвое при соответствующем уменьшении скорости ветра путем коммутации статорной обмотки ВЭГ.
6 8
ЛА
1 7 5
б в
-устройство ВЭГ; б — статор; в — многополюсный ротор с неодимовыми магнитами Рисунок 3 — ВЭГ со сдвоенным ротором (пат. 116497 [12])
Устройство [12] состоит из цилиндрического корпуса 1, закрытого подшипниковыми щитами 2, 3, вала 4, двухдискового многополюсного ротора 5, 6 с неодимовыми магнитами 7, 8, бакелитового статорного диска 9 с якорными катушками 10, групп коммутационных контактов 11,12,13 (рисунок 4).
ВЭГ работает следующим образом [12]. При появлении ветра вал 4, соединенный с выходным валом ВД, установленным в подшипниковых щитах 2, 3 цилиндрического корпуса 1, начинает вращаться вместе с двухдисковым многополюсным ротором 5, 6. Вращающееся магнитное поле неодимовых магнитов 7, 8, закрепленных соответственно на нижнем 5 и верхнем 6 стальных дисках, по очереди пересекает якорные катушки 10, установленные на бакелитовом статорном диске 9, закрепленном в корпусе 1, генерируя в них
эдс.
Согласно последовательное соединение шестнадцати якорных катушек обеспечивает увеличение ЭДС в статорной обмотке 10. Частота этой ЭДС зависит от количества пар полюсов и частоты вращения ротора.
Для получения стандартной частоты 50 Гц для 16 пар полюсов (16 катушек на рисунке 4 а) необходимо иметь частоту вращения ротора
п= 6СМ/Р = 60-50/16=187,5 мин-1.
Чем больше количество пар магнитных полюсов, тем меньше необходимая частота вращения ротора. При незначительной скорости ветра вал 4, а с ним и двухдисковый ротор 5, 6 начинают вращаться, магнитное поле каждой пары магнитов 7, 8 по очереди пересекает витки 16-катушечной статорной обмотки 10, индуктируя ЭДС в каждой из шестнадцати якорных катушек (режим 1).
11
Коммутационная таблица
Режим, № Состояние коммутирующих контактов
11 12 13
1
2 X
3 X
4 X
г д
Рисунок 4 — Схемы коммутации обмоток ВЭГ со сдвоенным ротором (пат. 116497 [12])
Бакелитовый статорный диск 9, на котором закреплены эпоксидной смолой якорные катушки 10, обеспечивает прочность конструкции. При увеличении скорости ветра вдвое поступает сигнал от датчика скорости ветра на электромагнитное реле коммутационного аппарата (не показано), замыкается группа контактов 11, образуя две параллельных ветви по восемь якорных катушек (режим 2). Частота вращения растет до 375 мин-1. При последующем увеличении скорости ветра замкнется группа коммутационных контактов 12, потом — 13, и частота вращения ротора достигнет максимальной величины 1500 мин-1. При уменьшении скорости ветра, напротив — количество якорных катушек в каждой ветви увеличивается: 2:4:8:16 (см. рисунок 4), а частота вращения ротора, соответственно, уменьшается (режимы 4, 3, 2,1) к минимальной величине. Таким образом, полезная модель обеспечивает расширение диапазона рабочей скорости ветра, увеличение коэффициента использования энергии ветра Ср, упрощение и удешевление конструкции (по сравнению с многогенераторной ВЭУ) [9].
Недостатком когенерационного ветропарка для крестьянского хозяйства [8], взятого за прототип, является низкая производительность ИПЭВТ из-за малой
вихревой ЭДС в металлическом роторе, обусловленная его малой окружной скоростью при малом диаметре, и малый диапазон рабочей скорости, обусловленный неизменным количеством полюсов статарной обмотки, отклонением быстроходности 1 от оптимальной величины 10Пт, что ведет к уменьшению коэффициента использования энергии ветра Ср [9].
Максимальное использование энергии ветра возможно только при работе ветроколеса с постоянной быстроходностью 7=соп5(, которая определяется как отношение линейной скорости концов лопастей Ц=Иш к скорости ветра и0 по формуле (1) [6]:
= (1)
иа и„
где Я — радиус ветроколеса; ш — угловая скорость вращения ветроколеса, рад/с.
Оптимальная быстроходность определяется по формуле (2) [6]:
4-ж
-, (2)
п
где п — количество лопастей ветроколеса.
В основе патента 123117 [13] — техническая задача создания когенерационного ветропарка повышенной эффективности путем увеличения индуктируемой вихревой ЭДС в металлическом диске за счет увеличения диаметров активной зубчатой зоны неподвижных дисковых МП кольцевой формы и металлического дискового ротора, а также расширение диапазона эффективного использования ветровой энергии и коэффициента Ср [9] за счет изменения количества полюсов статарной обмотки перекоммутацией в зависимости от скорости ветра.
На рисунке 5 изображена ветротепловая установка с ИПЭВТ повышенной производительности [13].
Каждый ИПЭВТ 1 [13] содержит неподвижный индуктор в виде дисковых МП 3 кольцевой формы из ферромагнитного материала с зубчатым строением прилегающих поверхностей, с кольцевыми канавками 4 и ОВ 5 в них, и подвижной диск 6, расположенный с двойным зазором между ними, жестко связанный с валом 7 своего ВД. МП расположены соосно в резервуаре 8 с жидким теплоносителем, например с водой, а их кольцевые ОВ 5 возбуждены постоянным током в одном направлении.
Рисунок 5 — ВТУ с ИПЭВТ повышенной производительности (пат. 123117 [13])
Стальной диск 6 каждого ИПЭВТ 1 жестко связан с валом 7 ВД, покрытым с обеих сторон слоем металла с повышенной электропроводимостью (медью или алюминием), оборудованный радиальными лопастями, распо-
ложенными симметрично на его ободе под углом, с рабочим усилием в направлении к выходному патрубку 22.
Диски МП 3 неподвижного индуктора имеют кольцевую форму с зубчатой структурой торцевых по-
верхностей и расположены на периферии центральных дисков 23 увеличенного диаметра, выполненных из прочного немагнитного материала, например, из текстолита, причем кольцевые канавки 4 делят радиальные зубцы дисковых МП на внутренние 24 и внешние 25, равновеликие по площади прилегающих поверхностей.
Синхронный ВЭГ (см. рисунок 3) с аксиальным магнитным потоком содержит статор 9 с якорными катушками 10 трапецеидальной формы без сердечника и двухдисковый многополюсный ротор с равномерно закрепленными по периферии стальными дисками 5, 8 неодимовых магнитов 7, 8 перемежающейся (Б—Ы) полярности. Каждый ИПЭВТ 1 [13] содержит неподвижный индуктор в виде дисковых МП 3 кольцевой
формы из ферромагнитного материала с зубчатым строением прилегающих поверхностей, с кольцевыми канавками 4 и ОВ 5 в них и подвижной диск 6, расположенный с двойным зазором между ними, жестко связанный с валом 7 своего ВД. МП расположены соосно в резервуаре 8 с жидким теплоносителем, например с водой, а их кольцевые ОВ 5 возбуждены постоянным током в одном направлении.
Роторные диски 6 (рисунок 6) жестко закреплены на валу, связанном с выходным валом своего ВД. К выходу статарной обмотки 10 через выпрямитель переменного тока 19 и электронный ключ 20 блока регулирования присоединены обмотки возбуждения 5 каждого ИПЭВТ 1, датчики температуры 27 и скорости ветра 28.
Рисунок 6 — Роторный диск с лопастями 21 по ободу 6
27
28
I
20
М19
и
глглглгЧ»
19 — выпрямитель; 20 — электронный ключ; 27 — датчик температуры; 28 — датчик скорости ветра Рисунок 7 — Схема присоединения кольцевых ОВ 5 к статарной обмотке 10 общего ВЭГ
В предложенном варианте статарная обмотка 10 состоит из 16-ти катушек, расположенных по внутреннему периметру статарного диска 9, и группы коммутационных контактов для изменения количества полюсов
статарной обмотки 10 путем изменения схемы соединения катушек при существенном изменении скорости ветра, например, из 16 катушек на 8 (см.Р=3000/16=187,5 мин1. При температуре среды ниже установленного значения (холодно) блок регулирования электронным ключом 20 регулирует ток в обмотке возбуждения 5 ИПЭВТ 1, в зависимости от отклонения температуры среды от установленного значения датчиком 27.
Стальные МП 3 кольцевой формы намагничиваются магнитным полем возбуждения в одном направлении одновременно. Из-за зубчатого строения торцов магнитная индукция в зазоре В5 будет неоднородной и будет иметь пилообразный вид: от минимального значения ббтт между пазами до максимального значения 65шах между противоположными зубцами 24, 25. Таким образом, при вращении в неоднородном магнитном поле индукция В в стальном диске 6 пульсирует с увеличенной частотой, не изменяя знака от Вбшах до Ват. Ее можно представить в виде двух составляющих [8]: переменной, с амплитудой Вб~, и постоянной Вв=.
Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца нагревают диск 6, преимущественно его поверхность, а от него нагревается жидкостный теплоноситель в резервуаре 8, который может использоваться для обогрева сооружений, парников и теплиц. Бакелитовый статор-ный диск 9, на котором закреплены эпоксидной смолой якорные катушки 10, обеспечивает прочность конструкции. При увеличении скорости ветра вдвое поступает сигнал от датчика скорости ветра 28 на электромагнитное реле коммутационного аппарата (не показано), замыкается группа коммутационных контактов, образуя две параллельных ветки по восемь якорных катушек (см. рисунок 4 б). Частота вращения растет до 375 мин1. При дальнейшем удвоении скорости ветра
группа коммутационных контактов образует 4 параллельных ветви, а потом — 8 (две пары полюсов), и частота вращения ротора достигнет максимальной величины 1500 мин-1.
При уменьшении скорости ветра, напротив -количество якорных катушек в каждой ветви увеличивается: 2: 4: 8: 16, а частота вращения ротора соответственно уменьшается до минимальной величины.
Выводы. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что такая конструкция ветро-электрогенератора на постоянных неодимовых магнитах обеспечивает повышение эффективности ветроте-пловой установки, расширяет диапазон рабочей скорости ветра, увеличивает коэффициент использования энергии ветра, упрощает и удешевляет конструкцию индукционного преобразователя энергии ветра в теплоту.
Литература
1. Юдаев, И.В. Опыт использования ВИЭ на сельских территориях и в рекреационных зонах в регионах ЮФО / И.В. Юдаев II Вестник аграрной науки Дона. — 2015. — № 1 (29). — С. 82-92.
2. Николаев, В.Г. Использование ветроэнергетических станций в АПК Южного федерального округа / В.Г. Николаев, Е.В. Черноусова, И.В. Юдаев II Техника в сельском хозяйстве. — 2012. — № 2. — С. 24-26.
3. Грибков, С.В. Многомодульные ветроэнергетические установки в системах гарантированного электроснабжения/ С.В., Грибков, С.А. Ракитов, И.В. Юдаев//Техника в сельском хозяйстве. — 2012. — № 2. — С. 26-29.
4. Неодимовые магниты. Характеристики. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://tdm96.ru/?p=558.
5. Пат. 201403035Y CN, МПК Н02К16/02, Н02К15/02, Н02КЗ/28, Н02К1/22. В1троелектрогенератор / Жарков A.B. -Опубл. 10.02.2010.
6. Жарков, A.B. Когенерацшний в1тропарк для приватного теплично-парникового комплексу / A.B. Жарков, В.Я. Жарков II В1сник Харивського державного техычного уыверситету стьського господарства. — Харив, 2017. — Вип. 186.-С. 16-17.
7. Жарков, A.B. Когенерацшы технологи використан-ня ВДЕ в АПК / A.B. Жарков, В.Я. Жарков II Науковий вюник Тавршського державного агротехнолопчного уыверситету. -Мелтополь: ТДАТУ, 2017. — Вип. 7. — Т. 1. — С. 109-117.
8. Жарков, A.B. Когенерационный ветропаркдля крестьянского хозяйства / A.B. Жарков II Вестник аграрной науки Дона. — 2017. — № 4(40). — С. 52-60.
9. Jon Twidell and Tony Weir. Renewable Energy Resources. — London and New York: Taylor & Francis, 2006. — 601 p.
10. Пат. 116482 UA, МПК H02K21/26, F03D7/06, F03D1/06. Малопотужний впроелектрогенератор з дводиско-вим ротором на постшних магытах / A.B. Жарков, B.C. Ло-миш, Б.С. Новах [та ¡н.]. — U201611807; заявл. 22.11.2016; опубл. 25.05.2017, Бюл. №10.
11. Пат. 116510 UA, МПК Н02К21/26, Н02К16/02, F03D7/06, F03D1/06. Двостаторний в1троелектро-генератор з дисковим зютавним ротором i постшними магытами збуд-ження/ A.B. Жарков, В.Я. Жарков, Б.С. Новах. — U201612174; заявл. 01.12.2016; опубл. 25.05.2017, Бюл. № 10.
12. Пат. 116497 UA, МПК Н02К21/26, F03D7/06, F03D1/06. В1троенергоустановка 3i змЫою частоти обертання перекомутац1ею статорноТ обмотки / A.B. Жарков, В.Я. Жарков, Б.С. Новах. — u201612024; заявл. 28.11.2016; опубл. 25.05.2017, Бюл. №10.
13. Пат. 123117 UA, МПК F03D3/06, F03D9/00, F03D7/06, F03D1/06, Н02К16/00, Н02К21/26. Когенерацшний BiTponapK пщвищеноТ продуктивности з ¡ндукцшними перетво-рювачами i сптьним в1троелектрогенератором / A.B. Жарков, В.Я. Жарков, С.Ю. Шевченко [та ¡н.]. — U201708721; заявл. 29.08.2017; опубл.12.02.2018, Бюл. №3.
References
1. Yudaev I.V. Opyt ispol’zovaniya VIE na sel’skih terri-toriyah i v rekreacionnyh zonah v regionah YuFO [Experience in the use of RES in rural areas and in recreational areas in the Southern federal district], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2015, No 1 (29), pp. 82-92. (In Russian)
2. Nikolaev V.G., Chernousova E.V., Yudaev I.V. Is-pol’zovanie vetroenergeticheskih stancij v APK Yuzhnogo federal’подо okruga [The use of wind power stations in the agricultural sector of the Southern federal district], Tehnika v seiskom hozyajstve, 2012, No 2, pp. 24-26. (In Russian)
3. Gribkov S.V., Rakitov S.A., Yudaev I.V. Mnogomo-dul’nye vetroenergeticheskie ustanovki v sistemah garantirovan-nogo elektrosnabzheniya [Multimodule wind power plants in systems of guaranteed power supply], Tehnika v seiskom hozyajstve, 2012, No 2, pp. 26-29. (In Russian)
4. Neodimoviye magnity. Kharakteristiki [Neodymium magnet. Characteristics] [Elektronnyy resurs], — Rezhim dostupa: http://tdm96.ru/?p=558. (In Russian)
5. Zharkov A.V. Vitroelekrogenerator [Wind power generator], pat. 201403035Y CN, MPK H02K16/02, H02K15/02, H02K3/28, H02K1/22, opubl.10.02.2010.
6. Zharkov A.V. Zharkov V.Ja. Kogeneracijnyj vitropark dlja privatnogo teplichno-parnikovogo kompleksu [Cogeneration wind farm for private greenhouse complex], Vistnik Khar’kivsko-go derzhavnogo tekhnichnogo universitety siiskogo gospo-darstva, Khar’kiv, 2010, Vyp. 102, pp. 48-49.
7. Zharkov A.V., Zharkov V.Ja. Kogeneracijni технологи використання ВДЕ в АПК [Cogeneration technologies of RES
use in agriculture], Naukovyi vistnik Tavryiskogo derzhavnogo agrotechnologichnogo university, Melitopol’, 2017, Vip. 7, T. 1, pp. 109-117.
8. Zharkov A.V. Kogeneracijnyj vetropark dlja krestjans-kogo khozjaystva [Cogeneration wind farm for peasant farming], Vestnik agrarnoi nauki Dona, 2017, No 4 (40), pp. 52-60.
(In Russian)
9. Jon Twidell and Tony Weir. Renewable Energy Resources, London and New York, Taylor & Francis, 2006,601 p.
10. Zharkov A.V., Lomish V.S., Novah B.S. [Tak] Malo-potuzhnyj vitroelektrogenerator z dvodiskovim rotorom na postyi-nih magnitah [Low-power wind generator with a double-disc rotor on permanent magnets], pat. 116510 UA, MPK H02K21/26, H02K16/02, F03D7/06, F03D1/06, u201611807, zajavl. 22.11.2016, opubl. 25.05.2017, Bjul. No 10.
11. Zharkov A.V., Zharkov V.Ja., Novah B.S. Dvostator-nyi vitroelekrogenerator z diskovim zistavnim rotorom i postiynimi magnitami zbudzhennja [Two-stator wind power generator with a disk comparable rotor and permanent excitation magnets], pat. U201612174, zajavl. 01.12.2016, opubl. 25.05.2017, Bjul. No 10.
12. Zharkov A.V, Zharkov V.Ja., Novah B.S. Vitroener-goustanovka zi zminoju chastoti obertannja perekomutacijeju statornoi obmotki [Wind power plants with change of rotation frequency switching of stator winding], pat. 116497 UA, MPK H02K21/26, F03D7/06, F03D1/06. u201612024, zajavl. 28.11.2016, opubl. 25.05.2017, Bjul. No 10.
13. Zharkov A.V., Zharkov V.Ja., Shevchenko S.Ju. [ta in.]. Kogeneracijnyj vitropark pidvichenoii’ produktivnosti z induk-cijnimi peretvorjuvachami i spilnim vitroelektrogeneratorom [High performance cogeneration wind farm with induction converters and general wind power generator], pat. 123117 UA, MPK F03D3/06, F03D9/00, F03D7/06, F03D1/06, H02K16/00, H02K21/26, u201708721, zajavl. 29.08.2017, opubl. 12.02.2018, Bjul. No 3.
Сведения об авторе
Жарков Антон Викторович — инженер, ООО «ЮБС-Холод», соискатель, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» (Украина). Тел.: 8(050)343-41-80. E-mail: tosha_vict@mail.ru/
Information about the author
Zharkov Anton Viktorovich — engineer, Lid «UBC-Kholod», applicant, National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute» (Ukraine). Phone: 8(050)343-41-80. E-mail: tosha_vict@mail.ru.
УДК 631.354.2.076
ОЦЕНКА УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ ВОРОХА НА ПАЛЬЦЕВОЙ РЕШЁТКЕ СТРЯСНОЙ ДОСКИ
© 2018 г. Е.Е. Петров, Ю.В. Панов, П.В. Токарев
Основным способом уборки зерновых культур является комбайновый, в котором главная роль принадлежит зерноуборочному комбайну. Одной из важнейших систем зерноуборочного комбайна является воздушно-решётная очистка. Несмотря на проводимые исследования, мировая практика не внесла принципиальных изменений в классическую схему воздушно-решетной очистки. Рассматривая конструкции традиционных и нетрадиционных очисток, стоит отметить, что повышение качества сепарации зерна у современных производителей достигается, главным образом, путём увеличения площадей очисток, что приводит к повышению металлоёмкости. Повысить эффективность технологического процесса сепарации в воздушно-решётной очистке можно за счёт его лучшей организации на пальцевой решётке стрясной доски. Существенными недостатками применяемых в настоящее время пальцевых решёток являются низкое качество технологического процесса сепарации вследствие его низкой организации, а также сложность конструкции. Это обуславливает необходимость проведения исследований и создания пальцевой решётки, обеспечивающей повышение эффективности технологического процесса сепарации. В статье обоснована актуальность создания математической модели для оценки удельной энергоёмкости процесса сепарации при её использовании в качестве критерия, характеризующего качество функционирования экспериментальной пальцевой решётки стрясной доски зерноуборочного комбайна. Описаны методика и условия исследования. Приведены результаты ис-
Применение неодимовых магнитов в ветряных генераторах
Рабочая среда ветряной турбины очень суровая, и она должна выдерживать испытание высокой температурой, сильным холодом, ветром и песком, влажностью и даже соляным туманом. Ветряные турбины обычно рассчитаны на срок службы 20 лет. В настоящее время спеченные постоянные магниты NdFeB используются как в небольших ветряных турбинах, так и в мегаваттных ветряных турбинах с постоянными магнитами.В этой статье давайте подробнее рассмотрим применение неодимовых магнитов в генераторах ветряных турбин.
Применение неодимовых магнитов в ветрогенераторах Магнитные свойства спеченного NdFeB в ветрогенераторах с постоянными магнитамиОсновной фазой спеченного сплава NdFeB является интерметаллид Nd2Fe14B, и его магнитная поляризация насыщения (Js) составляет 1,6 Тл. Поскольку спеченный сплав постоянного магнита NdFeB состоит из основной фазы Nd2Fe14B и межзеренной фазы, а ориентация зерен Nd2Fe14B ограничена условиями процесса, остаточная магнитная индукция по току может достигать 1.5Т.
Кривая размагничивания NdFeB при комнатной температуре похожа на прямую. Поэтому при разработке двигателей с постоянными магнитами часто выбираются высококачественные магниты NdFeB для получения высокой магнитной плотности воздушного зазора. Когда двигатель работает, из-за наличия переменного размагничивающего поля и размагничивающего поля, вызванного мгновенным большим током при внезапном изменении нагрузки, необходимо выбирать магниты NdFeB с достаточной коэрцитивной силой.
Добавление диспрозия (тербия) и других элементов увеличивает внутреннюю коэрцитивную силу (jHc) магнита NdFeB, но остаточная остаточная сила (Br) магнита соответственно уменьшается. Таким образом, высокоэффективные магниты из NdFeB для ветрогенераторов учитывают как коэрцитивную силу, так и остаточную намагниченность.
Температурная стабильность магнитов NdFeBВетряные генераторы работают в пустыне и выдерживают испытание изнуряющей жарой и суровым холодом. Температура Кюри неодимового магнита составляет около 310 ℃. Когда температура магнита превышает точку Кюри, он переходит от ферромагнетизма к парамагнетизму.
Ниже температуры Кюри остаточная намагниченность NdFeB уменьшается с повышением температуры, а его температурный коэффициент остаточной намагниченности α (Br) составляет -0,095 ~ -0,105% / ℃. Коэрцитивная сила NdFeB также уменьшается с повышением температуры, а температурный коэффициент β (jHc) коэрцитивной силы равен -0.54 ~ -0,64% / ℃.
Постоянство магнитных свойств магнитов NdFeB в ветроэнергетических установках МагнитыNdFeB производятся с использованием специального процесса порошковой металлургии , основной производственный процесс которого осуществляется в защитной атмосфере или в вакууме. Зеленое тело NdFeB прессуется в очень сильном (~ 1,5 Тл) магнитном поле. Размер магнитов NdFeB ограничен этими специальными процессами.
В большом ветрогенераторе с постоянными магнитами обычно используются тысячи неодимовых магнитов, а каждый полюс ротора состоит из множества магнитов.Согласованность полюсов ротора требует согласованности магнитов, включая согласованность допусков на размеры и магнитных свойств. Так называемая согласованность магнитных свойств включает в себя небольшое отклонение магнитных свойств между разными людьми и однородность магнитных свойств одного магнита.
ЗаключениеБлагодарим вас за то, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять применение неодимовых магнитов в генераторах ветряных турбин .Если вы хотите узнать больше о неодимовых магнитах или других магнитах типа , мы хотели бы посоветовать вам посетить Stanford Magnets для получения дополнительной информации.
Как ведущий поставщик магнитов по всему миру, Stanford Magnets занимается исследованиями и разработками, производством и продажей магнитов с 1990-х годов. Он предоставляет клиентам высококачественные постоянные магниты, такие как магниты SmCo, неодимовые магниты , магниты AlNiCo и ферритовые магниты (керамические магниты) по очень конкурентоспособной цене.
Просмотры сообщений: 1,240
Теги: Применение неодимовых магнитов, температура Кюри, ведущий поставщик магнитов, неодимовые магниты, неодимовые магниты в ветряных турбогенераторах, двигатели с постоянными магнитами, остаточная магнитная индукция (Br), спеченные постоянные магниты NdFeB, стэнфордские магниты, типы магнитов, ветрогенераторы4 преимущества генераторов на постоянных магнитах
4 Преимущества генераторов на постоянных магнитах
Ситуация, связанная с сокращением предложения ископаемого топлива и критическим состоянием окружающей среды, делает все более и более необходимым поиск альтернативных источников энергии.Все больше и больше людей выбирают генераторы на постоянных магнитах , чтобы заменить традиционные генераторы в некоторых бытовых применениях. Если вы все еще не знакомы с генераторами постоянных магнитов и их преимуществами, эта статья должна привлечь ваше внимание.
Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 1: Источник свободной энергии
Генераторы с постоянными магнитами вырабатывают электричество с помощью внутренних магнитов, которые можно использовать для питания других электрических устройств, а это означает, что вам больше не нужно будет оплачивать дорогие счета за электроэнергию.Кроме того, вы даже можете продавать избыточную электроэнергию местным коммунальным предприятиям и получать от них оплату.
Преимущества генераторов на постоянных магнитах 2: надежный выход энергии
По сравнению с генераторами, работающими на других возобновляемых и экологически чистых источниках энергии, солнечной энергии и энергии ветра, например, генераторы на постоянных магнитах работают независимо от факторов внутри или снаружи вашего дома. Вам больше не нужно будет беспокоиться о погоде.
Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 3: Низкая плата за установку
Установка генератора на постоянных магнитах не будет стоить больших денег.Достаточно за небольшие деньги купить все необходимое в строительном магазине и собрать самостоятельно. Затратив всего лишь несколько сотен долларов на один день или меньше, вы можете иметь дома свои собственные генераторы на постоянных магнитах.
Генераторы на постоянных магнитах Преимущество 4: не требует обслуживания
Еще одна замечательная особенность генераторов на постоянных магнитах заключается в том, что вам не нужно тратить много времени и денег на техническое обслуживание. Просто установите его и ждите, ожидая, что он принесет вам деньги!
Спасибо, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять преимущества генераторов на постоянных магнитах .Если вы хотите узнать больше о постоянных магнитах , мы хотели бы порекомендовать вам посетить Stanford Magnets для получения дополнительной информации.
Stanford Magnets — ведущий поставщик магнитов по всему миру, который занимается исследованиями и разработками, производством и продажей магнитов с 1990-х годов. Она предоставляет клиентам высококачественные изделия из редкоземельных постоянных магнитов и другие постоянные магниты, не являющиеся редкоземельными элементами, по очень конкурентоспособной цене.
Просмотры сообщений: 2,576
Теги: поставщик магнитов, Генераторы на постоянных магнитах, постоянные магнитыЭлектрогенератор | инструмент | Британника
Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям.Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.
Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая энергия может поступать из ряда источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый за счет тепла сгорания ископаемого топлива или 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 электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное переключение в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной и той же частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.
Генераторы синхронные
Основной причиной выбора переменного тока для электрических сетей является то, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую энергию 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). Частной формой 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 в результате они имеют одинаковую форму. В идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидным, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.
Синусоидальная волна.
Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасРотор
Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в пазы, 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 к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что приблизительно соответствует синусоидальному распределению.
Элементарный синхронный генератор.
Британская энциклопедия, Inc.Статор простейшего генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, причем две стороны размещены в пазах в утюге, а концы соединены вместе изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.
Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки. Таким образом, 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 волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.
Конструкция ротора генератора на рисунке 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора. Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 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 из-за механического напряжения. В этом случае ротор генератора спроектирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которое охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения скорости ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.
% PDF-1.5 % 317 0 объект > эндобдж xref 317 143 0000000016 00000 н. 0000005361 00000 п. 0000005538 00000 п. 0000005588 00000 н. 0000005717 00000 н. 0000006153 00000 п. 0000006296 00000 н. 0000006683 00000 п. 0000006730 00000 н. 0000006767 00000 н. 0000006815 00000 н. 0000006863 00000 н. 0000008005 00000 н. 0000008151 00000 п. 0000008572 00000 н. 0000008719 00000 п. 0000009284 00000 п. 0000012329 00000 п. 0000012557 00000 п. 0000022848 00000 н. 0000022942 00000 п. 0000023031 00000 п. 0000029386 00000 п. 0000029614 00000 п. 0000029933 00000 н. 0000030563 00000 п. 0000030648 00000 п. 0000043740 00000 п. 0000043966 00000 п. 0000044245 00000 п. 0000046914 00000 п. 0000047366 00000 п. 0000048185 00000 п. 0000048327 00000 п. 0000064680 00000 п. 0000120225 00000 н. 0000120297 00000 н. 0000120373 00000 н. 0000120463 00000 н. 0000120512 00000 н. 0000120633 00000 н. 0000120682 00000 н. 0000120813 00000 н. 0000120862 00000 н. 0000120993 00000 н. 0000121042 00000 н. 0000121153 00000 н. 0000121202 00000 н. 0000121313 00000 н. 0000121362 00000 н. 0000121575 00000 н. 0000121624 00000 н. 0000121770 00000 н. 0000121932 00000 н. 0000122114 00000 н. 0000122163 00000 п. 0000122301 00000 н. 0000122485 00000 н. 0000122622 00000 н. 0000122670 00000 н. 0000122798 00000 н. 0000122937 00000 н. 0000123074 00000 н. 0000123122 00000 н. 0000123334 00000 н. 0000123538 00000 н. 0000123687 00000 н. 0000123735 00000 н. 0000123882 00000 н. 0000124002 00000 н. 0000124137 00000 н. 0000124185 00000 н. 0000124287 00000 н. 0000124413 00000 н. 0000124524 00000 н. 0000124572 00000 н. 0000124620 00000 н. 0000124751 00000 н. 0000124799 00000 н. 0000124847 00000 н. 0000124895 00000 н. 0000125020 00000 н. 0000125068 00000 н. 0000125251 00000 н. 0000125299 00000 н. 0000125502 00000 н. 0000125550 00000 н. 0000125732 00000 н. 0000125908 00000 н. 0000125956 00000 н. 0000126163 00000 н. 0000126211 00000 н. 0000126259 00000 н. 0000126307 00000 н. 0000126355 00000 н. 0000126493 00000 н. 0000126631 00000 н. 0000126772 00000 н. 0000126820 00000 н. 0000126947 00000 н. 0000126995 00000 н. 0000127122 00000 н. 0000127170 00000 н. 0000127218 00000 н. 0000127266 00000 н. 0000127314 00000 н. 0000127440 00000 н. 0000127572 00000 н. 0000127620 00000 н. 0000127668 00000 н. 0000127717 00000 н. 0000127898 00000 н. 0000127946 00000 н. 0000128076 00000 н. 0000128178 00000 н. 0000128344 00000 н. 0000128392 00000 н. 0000128573 00000 н. 0000128621 00000 н. 0000128800 00000 н. 0000128848 00000 н. 0000128977 00000 н. 0000129025 00000 н. 0000129074 00000 н. 0000129215 00000 н. 0000129264 00000 н. 0000129312 00000 н. 0000129360 00000 н. 0000129409 00000 н. 0000129541 00000 н. 0000129735 00000 н. 0000129867 00000 н. 0000129916 00000 н. 0000130081 00000 н. 0000130130 00000 н. 0000130271 00000 н. 0000130320 00000 н. 0000130369 00000 н. 0000130418 00000 н. 0000130467 00000 н. 0000130516 00000 п. 0000130565 00000 н. 0000003156 00000 н. трейлер ] / Назад 831455 >> startxref 0 %% EOF 459 0 объект > поток hW {PW7 X R! Dl # P Z41.jufCU ((W
(PDF) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ГЕНЕРАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕОДИМОВЫХ МАГНИТОВ
© 2019 JETIR Май 2019 г., том 6, выпуск 5 www.jetir.org (ISSN-2349-5162)
ДИЗАЙН И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТНОГО МАГНИТА
ГЕНЕРАТОР, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ НЕОДИМ
МАГНИТЫ
1Hemanth Dayalu D, 1M Hariprasad, 1Hemanth Kumar HK, 1Anvesh Gowda P, 2Anand Babu K
, стипендиат 1U G, профессор кафедры механики
, 2V ИндияРеферат: -В основном генератор из катушек по цепям питается от тока.Но есть генератор, который генерирует и хранит в батарее
энергии без помощи начального тока. В этом генераторе используются неодимовые магниты, которые генерируют энергию
и хранят ее в батарее. Генерация такой энергии не оказывает никакого воздействия на окружающую среду. Мы использовали смоделированный ролик 3D
, чтобы уменьшить вес всей установки, что, в свою очередь, помогает нам получить больше напряжения. Такой генератор может производить до
–вольт, которое можно увеличить с помощью повышающего трансформатора.Энергию, генерируемую этим генератором, можно использовать для различных целей
, например, для зарядки мобильных телефонов, ноутбуков, для работы настольного вентилятора и т. Д. Этот генератор также можно использовать в качестве генератора электроэнергии для электромобилей
.
Ключевые слова: — Магнитный ролик, неодимовые магниты, повышающий трансформатор, динамометр
Введение:
Более 90% мировой энергии вырабатывается с помощью электромагнитов на основе закона электромагнитной индукции
Фарадея.Со временем было открыто много новых технологий, которые привели к резкому изменению восприятия электроэнергии. Но
в то же время есть неправильное представление о СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ. Энергия становится бесплатной только в тот момент, когда нам не нужно платить
за выработку электроэнергии после ввода блока в эксплуатацию. Используя магниты, мы можем генерировать непрерывное движение (Энергию) с помощью
магнитного потока, создаваемого полюсами магнитов. Основной принцип выработки электроэнергии заключается в магнитном эффекте.В нем
говорится, что «Когда проводник вращается в магнитном поле, в проводнике индуцируется напряжение». Итак, здесь мы будем иметь дело с
таких проводников. Двигатель приводится в действие магнитным генератором, я питаюсь от электрической энергии. В простом двигателе магнитное поле
создается электрическими катушками, как правило, катушками Cu, Al. Эти двигатели постоянно нуждаются в электропитании для создания магнитного поля.
Огромные потери энергии. Но магнитный двигатель не состоит из таких катушек.Следовательно, будут минимальные потери
в соответствии с петлей гистерезиса. Он использует постоянное магнитное поле магнитов для создания необходимой силы для перемещения двигателя.
Эта концепция создания магнитного поля из постоянных магнитов стала практичной только после введения неодимовых магнитов
, которые намного мощнее, чем предыдущие ферритовые магниты. Основным преимуществом является то, что он не требует постоянного электропитания
[1].
Неодимовый магнит, наиболее широко используемый тип редкоземельного магнита, представляет собой постоянный магнит, сделанный из сплава неодима, железа и бора
, образующего тетрагональную кристаллическую структуру Nd2Fe14B.Неодимовые магниты, независимо разработанные в 1982 году
компаниями General Motors и Sumitomo Special Metals, представляют собой самый мощный из имеющихся на рынке постоянных магнитов
. Они заменили другие типы магнитов во многих приложениях в современной продукции, требующей сильных постоянных магнитов
, таких как двигатели в аккумуляторных инструментах, жесткие диски и магнитные крепления. Неодим — это металл, который
является ферромагнитным, что означает, что, как и железо, он может быть намагничен, чтобы стать магнитом, но его температура Кюри составляет 19 К (-254 ° C), поэтому
в чистом виде его магнетизм проявляется только при очень низком уровне. температуры.
В этом генераторе концепция одинаковых полюсов отталкивается друг от друга, а разные полюса притягиваются друг к другу, реализована в качестве базового принципа
для создания этого магнитного генератора. Этот принцип помогает нам генерировать достаточно магнитной энергии для непрерывного вращения вала
. Отныне вал, соединенный с генератором, вырабатывает электричество для работы электродвигателя.
Магнитный принцип:
Магнитные силовые линии соединяют полюса постоянного магнита.Мы помним принцип магнетизма:
Противоположные полюса притягиваются друг к другу
Подобные полюса отталкиваются друг от друга
Когда мы приближаем магнитные полюса друг к другу, мы можем почувствовать отталкивание и силу притяжения магниты, даже
, хотя силовые линии не видны. Двигатели тоже работают по этому принципу.
Материалы и методы эксперимента:
Наша модель магнитного генератора была сделана с использованием двух различных материалов для ролика.
1) Ролик из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
2) Валик из материала PLA (полиуксус).
Магниты для ветряных турбин — прикладные магниты
Мы сейчас в наличии на складе Hydro-Soft Neodymium Magnetic Water Softener.
Магнитные водяные устройства «Hydro-Soft» легко устанавливаются снаружи на любую пластиковую или медную трубу.
Установить водоочистные устройства «Hydro-Soft» сможет даже пещерный человек… Ооочень просто!
Изготовлен из самых эффективных… сильнейших редкоземельных неодимовых магнитов!
Трехслойное никель-медно-никелевое покрытие для максимальной коррозионной стойкости.
Очень простой монтаж своими руками, который занимает очень мало времени и не требует резки труб!
Устройства для смягчения воды Hydro-Soft не дадут вам ощущения слизи в душе, которое возникает при использовании смягчителя воды на основе соли.
Устройство для смягчения воды «Hydro-Soft» питается от высокотехнологичных… высокоэнергетических экранированных неодимовых магнитных полей и потока воды по вашим трубам. Не электричество!
Устройства для смягчения воды Hydro-Soft одинаково эффективны как для городской, так и для колодезной воды.
Почему устройства для смягчения воды «Hydro-Soft» лучше, чем устройства для смягчения воды на основе соли?
* Сверхпрочный цельный стальной задний драйвер в четыре раза увеличивает магнитную силу.
* Не требует соли и постоянных затрат.
* Не требует модификаций сантехники.
* Не требует электричества.
* Не требует обслуживания.
* Нет обратной промывки и никаких неудобств.
* Полностью бесшумная работа.
* Не требует воды.
* Улучшает поток и давление воды за счет удаления накипи внутри труб и приборов.
* Предотвращает и удаляет существующее образование извести и накипи.
* Не разъедает водонагреватели, трубы и арматуру.
* Безопасно для старых домов!
* Не вредит окружающей среде и источникам пресной воды.
* Почувствуйте себя чище и свежее после купания.
* Допустимо для использования во всех регионах США.
* Безопасно для сердечных пациентов и людей с гипертонией.
* Берите с собой устройства для смягчения воды на магнитах.
* Сохраняет полезные минералы.
Ссылка на продукт
Добро пожаловать в Applied Magnets, где мы продаем сильные магниты по более низким ценам.Одна категория сильных магнитов, которые у нас есть в наличии, — это целая линейка керамических магнитов . Наши керамические магниты пользуются большим спросом и универсальны. Они использовались во многих отраслях и с большим успехом. Вы никогда не ошибетесь с нашим огромным ассортиментом керамических магнитов . От индукторов до электромагнитов и трансформаторов, магниты были использованы во всем. У нас есть как керамические блоки, так и кольца для любых проектов, для которых они нужны. Просмотрите наш сайт, чтобы увидеть наиболее полный выбор керамических магнитов в Интернете.Просмотрите нашу галерею изображений, чтобы найти продукт, который вы ищете, и мы доставим его вам.
Многие материалы имеют неспаренные электронные спины, и большинство из этих материалов парамагнитны. Когда спины взаимодействуют друг с другом таким образом, что спины выравниваются самопроизвольно, материалы называются ферромагнитными (что часто вольно называют «магнитными»). Из-за того, что их регулярная кристаллическая атомная структура заставляет их спины взаимодействовать, некоторые металлы являются (ферро) магнитными, когда находятся в их естественном состоянии, например, в рудах.К ним относятся железная руда (магнетит или магнитный камень), кобальт и никель, а также редкоземельные металлы гадолиний и диспрозий (при очень низкой температуре). Такие природные (ферро) магниты использовались в первых экспериментах с магнетизмом. С тех пор технология расширила доступность магнитных материалов, включив в них различные искусственные изделия, однако все они основаны на естественных магнитных элементах.
У нас есть не только коллекция керамических магнитов, но и большой ассортимент неодимовых магнитов .Эти магниты очень прочные по отношению к своему размеру. Популярно среди промышленных предприятий и любителей.
Неодимовые магниты используются в самых разных областях. Эти магниты видели все, от жестких дисков до наушников и динамиков.
Керамические магниты или ферриты
Керамические магниты или ферриты изготовлены из спеченного композита порошкового оксида железа и керамики на основе карбоната бария / стронция. Из-за низкой стоимости материалов и методов производства недорогие керамические магниты (или немагнитные ферромагнитные сердечники, например, для использования в электронных компонентах, таких как радиоантенны) различных форм могут быть легко произведены в массовом порядке.Полученные керамические магниты не подвержены коррозии, но они хрупкие, и с ними нужно обращаться так же, как с другой керамикой.
Неодим-железо-бор (NIB)
Неодимовые магниты, также называемые магнитами неодим-железо-бор (NdFeB), имеют самую высокую напряженность магнитного поля, но уступают самарий-кобальту по устойчивости к окислению и температуре. Этот тип магнита традиционно был дорогим из-за стоимости сырья и лицензирования соответствующих патентов. Эта высокая стоимость ограничивала их использование в тех случаях, когда такая высокая сила компактного магнита критична.Использование защитной обработки поверхности, такой как покрытие золотом, никелем, цинком и оловом, а также покрытие эпоксидной смолой, может обеспечить защиту от коррозии там, где это необходимо. Начиная с 1980-х годов магниты NIB становятся все дешевле. Даже крошечные неодимовые магниты очень мощные и имеют важные соображения безопасности. В Applied Magnets вы получите самые выгодные цены на эти неодимовые магниты. Все, что вам нужно сделать, это просто просмотреть и выбрать из нашего огромного выбора, а мы сделаем все остальное. Кроме того, совершая покупки в Интернете, вы получаете современное удобство совершения покупок из дома или на работе.Тем не менее, наши неодимовые магниты бывают разных форм и размеров. От блоков, кубов, сфер, цилиндров до дуг и колец; мы здесь, на нашем сайте, предлагаем все это. Мы можем предоставить вам наши неодимовые магниты лучше, чем у других поставщиков.
Помогите нам удовлетворить ваши потребности в магнитах с помощью неодимовых магнитов и керамических магнитов от Magnet 4 Less .
Новое открытие может привести к коммерческому производству двигателей с постоянными магнитами
Ряд читателей усомнились в правдивости технологии, представленной в этой статье.Чтобы решить их проблемы, мы провели дополнительную информацию, которую можно найти здесь.
Постоянные магниты являются неотъемлемой частью многих двигателей, в которых используются преимущества достижений в получении мощных и стабильных магнитных материалов.
Сегодня редкоземельные магниты, содержащие элементы лантаноидов, такие как неодим и самарий, обладают большим магнитным моментом. Например, неодимовый (NdFeB) магнит, состоящий из неодима, железа и бора и имеющий размеры всего 10,16 см X 10,16 см X 5,08 см, может иметь Brmax 14,800, поверхностное поле Gauss в 4,933, тяговое усилие 557 кг и стабильный при 176ºF.Если магнит не будет перегрет или физически поврежден, он потеряет менее 1% своей силы за 10 лет.
Чтобы увидеть влияние постоянных магнитов, мы должны взглянуть на типичный электродвигатель. Когда внешний источник энергии проходит через поле ротора, он служит электромагнитом, который притягивается к постоянному магниту, заставляя двигатель вращаться (рис. 1A). Для продолжения вращения электромагнит позволяет полю ротора изменять полярность его магнитного поля (рис. 1B), вызывая отталкивание.Сила отталкивания между полюсами отталкивает электромагнит по его пути движения. Если полярность ротора не меняется, сила притяжения, притягивающая электромагнит к постоянному магниту, будет препятствовать выходу электромагнита и заставит его вернуться и остановиться напротив постоянного магнита.
Электродвигатель, в котором используются постоянные магниты, не имеет обмоток возбуждения, которые служат электромагнитами на раме статора. Вместо этого постоянные магниты на раме статора создают магнитные поля, которые взаимодействуют с полем ротора, создавая крутящий момент.Это устраняет необходимость в питании статора, тем самым снижая потребление электроэнергии.
Электродвигатели, с использованием постоянных магнитов или без них, производят вращение из повторяющейся последовательности притяжения с последующим отталкиванием, что требует изменения полярности. Было предпринято множество попыток сконструировать двигатель, использующий только постоянные магниты для создания магнитных полей как для статора, так и для ротора, но они не увенчались успехом.
Такой двигатель мог бы работать полностью за счет собственных магнитных полей, создаваемых постоянными магнитами.Представленное здесь открытие позволяет постоянным магнитам последовательно притягиваться и отталкиваться, создавая непрерывное движение, как у электродвигателя, без изменения полярности или использования внешнего источника энергии.
Большинство из нас имели дело с постоянными магнитами и испытывали силы притяжения и отталкивания, возникающие между ними. Легко представить, что магниты работают на нас. Например, сила притяжения между двумя достаточно сильными постоянными магнитами может перемещать объект, когда магниты сближаются.Однако, чтобы магниты повторили эту работу, их нужно разобрать.
Количество работы или механической энергии, необходимой для разрыва магнитов, аналогично количеству механической энергии, генерируемой магнитами, когда они сближаются. Соответственно, постоянные магниты не могут работать непрерывно самостоятельно без внешнего источника механической энергии, многократно разъединяющего их.
На рис. 2 показаны типичные силовые линии между противоположными полюсами двух постоянных магнитов, которые создают обычно наблюдаемую силу притяжения, действующую в полярной (вертикальной) плоскости.Сила притяжения, создаваемая достаточно сильными магнитами, может стягивать магниты на расстоянии, пока они не придут в контакт друг с другом. Сила притяжения между противоположными полюсами также может стягивать магниты вместе в экваториальной (горизонтальной) плоскости, пока они не остановятся напротив друг друга. На рис. 3 показаны силовые линии, ответственные за это горизонтальное притяжение.
Обычно силы притяжения и отталкивания существуют между двумя магнитами с противоположными полюсами, как показано на рис.4. Однако сила отталкивания в полярной плоскости обычно очень мала по сравнению с силой притяжения в той же плоскости, что приводит к тому, что результирующая сила является притяжением. Мы создали уникальное состояние, в котором поля двух постоянных магнитов с противоположными полюсами одновременно создают результирующую силу притяжения между ними в экваториальной плоскости и результирующую силу отталкивания в полярной плоскости.
На рис. 5 показаны силовые линии, ответственные за одновременное экваториальное притяжение (синие стрелки) и полярное отталкивание (красные стрелки) между парой постоянных магнитов.Необычное результирующее отталкивание в полярной плоскости является результатом формы магнитов и их положения и возникает между одинаковыми полюсами, даже если магниты имеют свои противоположные полюса, обращенные друг к другу.
Результирующая сила притяжения, действующая в экваториальной плоскости, может использоваться для стягивания магнитов по горизонтали. Результирующая сила отталкивания, действующая в полярной плоскости, может, в свою очередь, использоваться для вертикального отталкивания магнитов друг от друга без изменения полярности или использования другой энергии.Таким образом, два постоянных магнита притягиваются друг к другу под действием силы притяжения, а затем раздвигаются без помощи внешней силы или другой энергии.
Обычно необходимо приложить внешнюю силу, чтобы разделить два постоянных магнита, которые стянулись вместе с их силой притяжения. До сих пор мы не наблюдали, чтобы два постоянных магнита последовательно притягивались и отталкивались без посторонней помощи. Эта последовательность притяжения с последующим отталкиванием подобна последовательности притяжения-отталкивания, которая возникает в электродвигателе между постоянным магнитом и электромагнитом.
Демо-версия Attract-Repel
Мы сконструировали прибор, чтобы продемонстрировать одновременное результирующее притяжение в экваториальной плоскости и результирующее отталкивание в полярной плоскости между двумя постоянными магнитами с противоположными полюсами, обращенными друг к другу. Для уменьшения трения при движении постоянные магниты были прикреплены к тележкам с восемью колесами. На каждой тележке размещено по четыре постоянных магнита.
Магниты изготовлены из неодима (NdFeB) марки 52, размерность 5.08 см в длину, 2,54 см в ширину и 1,27 см в толщину. Они были намагничены на всю толщину 1,27 см. Каждый магнит имеет Brmax 14 800 Гаусс и тяговое усилие 41,28 кг. Чтобы минимизировать магнитные помехи, тележки и рельсы были изготовлены из алюминиевого сплава, а винты и гайки — из латуни.
Результирующие силы притяжения и отталкивания были измерены с помощью цифрового датчика силы IMADA модели DS2-110. Результирующие силы, приложенные к тележкам, измерялись с интервалом 3,18 мм по горизонтальной и вертикальной траекториям движения.Были проведены измерения результирующей силы притяжения в экваториальной плоскости, ответственной за горизонтальное движение, как показано на рис. 6. Были также проведены измерения результирующей силы отталкивания в полярной плоскости, ответственной за вертикальное движение (рис. 7).
Суммарные значения силы притяжения в экваториальной плоскости и силы отталкивания в полярной плоскости представлены на рис. 8. Избыток механической энергии доступен из общей силы (механической энергии), доступной во время фаз притяжения и отталкивания.Этот излишек энергии можно использовать для работы, например, для привода электрогенератора. Приведенные здесь данные предназначены только для иллюстрации явления и не представляют оптимальных условий для максимальной отдачи энергии.
Соображения по конструкции двигателя
Повторение описанной здесь последовательности притяжения и отталкивания требует, чтобы магниты вернулись в свои исходные положения. Однако небольшое расстояние, пройденное описанными здесь магнитами, оставляет их в пределах полей притяжения и отталкивания, ответственных за их первоначальное движение.Следовательно, возвращению магнитов в их исходное положение будут препятствовать эти остаточные силы притяжения и отталкивания соответственно.
Значительное количество механической энергии должно быть потрачено на преодоление этих сил при возврате магнитов. Эти противодействующие остаточные силы и затраты энергии на их преодоление могут быть значительно уменьшены за счет увеличения расстояния, пройденного магнитами H и V. Например (рис. 9), если магнит V перемещается 15.24 см по вертикали вместо 6,35 см, магнит H мог бы затем вернуться в горизонтальное положение в исходное положение, не встречая значительного сопротивления со стороны силы притяжения в полярной плоскости.
При увеличенных расстояниях перемещения результирующая сила притяжения в экваториальной плоскости изначально будет слишком слабой, чтобы тянуть магнит H горизонтально. На рис. 9 показано, как пары магнитов могут быть связаны друг с другом для буксировки друг друга на участке их пути. Сила отталкивания между магнитами V1 и h2 достаточно велика, чтобы магнит V1 тянул магнит h3 ближе к магниту V2, где силы притяжения сильнее.В свою очередь, сила притяжения между магнитами V2 и h3 может тянуть магнит V1 дальше от магнита h2. Движение, создаваемое двумя парами магнитов, соединенных вместе, показано на рис. 9.
Это соединение пар магнитов в различных фазах последовательности притяжения и отталкивания похоже на расположение поршней в двигателе внутреннего сгорания, в котором такт сгорания одного поршня приводит в действие такт выпуска другого поршня. Другое сходство заключается в том, что и магниты, и поршни движутся по линейным путям, поскольку они обеспечивают механическую энергию.
Механическую энергию можно сохранить, заставив магниты работать на обоих концах своего пути. Таким образом, энергия не тратится на возвращение магнитов в исходное положение для повторения цикла. Подключение четырех пар магнитов завершает цикл, обеспечивая непрерывное движение, полностью управляемое постоянными магнитами.
Здесь отмечается, что статор и ротор в обычном электродвигателе требуют нескольких пар магнитов для достижения непрерывного движения.Последовательность притяжения и отталкивания между одним магнитом статора и электромагнитом (ротором) не может создать достаточную инерцию, чтобы повернуть ротор на один полный оборот и повторить цикл. Аналогичным образом, описанный здесь метод требует использования нескольких пар постоянных магнитов для увеличения расстояния перемещения и завершения цикла.
Коммерческое приложение
Описанный здесь метод иллюстрирует, как одни только постоянные магниты могут использоваться для создания непрерывного движения и обеспечения излишка механической энергии, которую можно использовать для других целей, например, для приведения в действие электрического генератора.
По многим причинам электромагнитная энергия постоянных магнитов является очень практичным, чистым и богатым источником энергии. Было подсчитано, что электромагнитная сила на 39 порядков сильнее гравитационной силы, и ее внутренний источник многочислен. Количество энергии, необходимое для создания постоянных магнитов, незначительно по сравнению с количеством электромагнитной энергии, фактически доступной от них после их намагничивания. Железо, наиболее распространенное ферромагнитное вещество, является вторым по распространенности металлом на Земле.
Мощные магниты, содержащие неодим и самарий, не требуются для выработки практического количества чистой механической энергии с использованием описанного здесь метода. Могут использоваться другие более слабые постоянные магниты. Стабильность (коэрцитивная сила) и сила (магнитный момент) постоянных магнитов сегодня чрезвычайно высоки.