- •«Самарский государственный технический университет»
- •Введение
- •Специальные машины постоянного тока
- •1. Прокатные двигатели постоянного тока
- •2. Машины постоянного тока с постоянными магнитами
- •Электромашинные преобразователи
- •3. Двухъякорные преобразователи
- •4. Одноякорные преобразователи постоянного тока
- •5. Одноякорные преобразователи переменного тока в постоянный
- •6. Генератор с тремя обмотками возбуждения.
- •7. Генераторы с расщепленными полюсами.
- •8. Генераторы поперечного поля.
- •9. Электромашинные динамометры.
- •10. Униполярные генераторы.
- •11. Униполярные двигатели.
- •12. Исполнительные двигатели и тахогенераторы. Общие положения.
- •Исполнительные двигатели нормальной конструкции.
- •Исполнительные двигатели с полым немагнитным якорем.
- •Двигатели с печатной обмоткой якоря
- •Тахогенераторы.
- •Тахогенераторы постоянного тока
- •13. Электромашинные усилители Общие сведения.
- •Одноступенчатые эму с независимым возбуждением.
- •Двухмашинные эму.
- •Двухступенчатые эму поперечного поля.
- •14. Машины постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами
- •15. Вентильный двигатель
- •16. Магнитогидродинамические машины постоянного тока
- •Электромагнитные насосы для жидких металлов.
- •Плазменные ракетные двигатели.
- •17. Двигатели с гладким якорем
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Специальные электромеханические преобразователи (ч.2. Специальные машины постоянного тока)
- •«Самарский государственный технический университет»
- •443100 Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус Отпечатано в типографии Самарского государственного технического университета
- •443100 Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус n 8
2. Машины постоянного тока с постоянными магнитами
Машинами постоянного тока с постоянными магнитами называют машины, в которых магнитное поле образуется с помощью постоянных магнитов. От машин с электромагнитным возбуждением они отличаются только устройством магнитной системы. Возможные исполнения магнитных систем этих машин (без обмоток возбуждения) представлены на рис. 1. Исполнения по рис.1, а, б с радиальным расположением магнитов целесообразно применять в многополюсных машинах при 2p> 4. Из-за малой длины магнитов вдоль линий поля в этом исполнении заметно проявляется размагничивающее действие МДС якоря. Для его ослабления необходимо изготовлять магниты из материала с большой коэрцитивной силой (ферритбариевые магниты) и снабжать магниты полюсными наконечниками из магнитно-мягкого материала (рис. 1, а). Исполнение по рис.1, в особенно целесообразно при 2р = 2, когда тангенциально расположенные магниты имеют большую длину в направлении намагничивания. В этом случае можно применить магнитные материалы со сравнительно небольшой коэрцитивной силой, но с большой удельной энергией (альни, альнико, магнико). То же самое можно сказать об исполнении по рис.1, г, в котором магнитная система представляет собой намагниченное определенным образом кольцо из магнитно-твердого материала. Достоинство этого исполнения — конструктивная простота. Недостаток — ухудшение коммутации из-за малого зазора по поперечной оси и увеличенного поля якоря. Для изготовления постоянных магнитов используются те же материалы, что и в синхронных машинах с постоянными магнитами.
Дополнительные полюсы, возбуждение которых должно быть принципиально только электромагнитным, в машинах с постоянными магнитами не применяются.
Двигатели с постоянными магнитами мощностью от нескольких до сотен ватт находят применение в маломощных приводах автомобилей и самолетов и в различных системах автоматики. Двигатели используются чаще всего в кратковременных или повторно-кратковременных режимах; пускаются в ход и реверсируются без реостатов в цепи якоря. Частота вращения двигателей регулируется изменением напряжения якоря, применяется также импульсное регулирование частоты вращения. Последнее производится с помощью реле, управляемого тахогенератором, которое периодически замыкает накоротко добавочный резистор в цепи якоря. В более мощных двигателях используется комбинированное возбуждение. В этом случае двигатель снабжается обмоткой возбуждения, МДС которой достаточна для регулирования магнитного поля в заданных пределах.
Генераторы постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов получили относительно меньшее распространение, чем аналогичные синхронные. Они находят применение для стабилизации систем автоматического регулирования в качестве датчиков частоты вращения (тахогенераторов) и т. п.
Для стабилизации напряжения генераторов, работающих при переменной нагрузке, используются комбинированные системы возбуждения. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения выбирается достаточной для компенсации падения напряжения в цепи якоря и влияния МДС якоря.
Рис. 1. Магнитные системы машин постоянного тока с постоянными магнитами.
а — радиальные магниты с полюсными наконечниками, б — то же без полюсных наконечников; в — тангенциальные магниты; г — кольцевые магниты.
В двухъякорных электромашинных преобразователях для стабилизации напряжения генератора с постоянными магнитами применяется автоматическое регулирование частоты вращения двигателя.
При расчете и проектировании машин постоянного тока с постоянными магнитами приходится считаться со своеобразным проявлением влияния МДС якоря, размагничивающее действие которой слабее, чем в синхронных машинах с постоянными магнитами, но все же достаточно существенно.
Благодаря отсутствию обмоток возбуждения и потерь в этих обмотках, машины с постоянными магнитами имеют по сравнению с машинами электромагнитного возбуждения более высокий КПД, облегченные условия охлаждения, меньшие габаритные размеры, массу и стоимость (при небольшой мощности); более стабильное возбуждение (поток постоянных магнитов не зависит ни от частоты вращения, ни от напряжения якоря, ни от температуры). Вместе с тем машины с постоянными магнитами обладают следующими существенными недостатками:
а) частоту вращения двигателей и напряжение генераторов невозможно регулировать изменением поля возбуждения;
б) при мощности, превышающей несколько десятков ватт, они уступают по габаритным размерам, массе и стоимости машинам электромагнитного возбуждения;
в) материалы, входящие в состав сплавов для постоянных магнитов, дефицитны;
г) технология изготовления и намагничивания постоянных магнитов отличается большой сложностью.