CC BY
111
ЭНЕРГЕТИКА • ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.313.8
Ф.Р.ИСМАГИЛОВ, И.Х.ХАЙРУЛЛИН, Е.А.ПОЛИХАЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ГЕНЕРАТОРА С ВЫСОКОКОЭРЦИТИВНЫМИ МАГНИТАМИ
Исследуется магнитное поле в сечении магнитоэлектрического генератора с высококоэрцитивными постоянными магнитами с помощью программы БЬ-СиТ. Сравниваются внешние характеристики, полученные при расчете и экспериментальном исследовании макетного образца генератора. Магнитное поле; высококоэрцитивные постоянные магниты; магнитоэлектрический генератор
В настоящее время в снегоходах, квадроциклах, гидроциклах, катерах широко применяются магнитоэлектрические генераторы. В последнее время на них устанавливают двигатели внутреннего сгорания с водяным охлаждением и непосредственным впрыском топлива, требующих увеличение электрической мощности что в свою очередь требует увеличения мощности генератора. Лидерами в производстве снегоходов являются такие фирмы, как Polaris, Arctic Cat, Yamaha, Bombardier. Они задают темпы и направления развития снегоходной техники, включая системы электроснабжения. Наиболее перспективным для безаккумуляторных объектов является применение магнитоэлектрических генераторов с использованием редкоземельных высококоэрцитивных постоянных магнитов.
Бесконтактные генераторы с постоянными высококоэрцитивными магнитами имеют простую конструкцию, высокий КПД, надежное возбуждение и меньшую чувствительность к действию реакции якоря в отличие от электрических машин с другими системами возбуждения [1,2].
Применение современных высококоэрцитивных магнитных материалов и соответствующее конструктивное исполнение генератора обуславливают необходимость разработки методики расчета [3].
На базе существующих методик расчета генераторов с постоянными магнитами создана методика расчета специальных генераторов для обеспечения электроснабжением потребителей и систем зажигания автономных объектов. Для проверки точности расчетов по данной методике проведено моделирование в пакете ELCUT. Для определения погрешности и уточнения методики проводится моделирование магнитного поля генератора. При мо-
делировании получается наглядный результат в виде изображения магнитных силовых линий, и соответственно появляется возможность добиться уменьшения массогабаритных характеристик генератора. В результате моделирования изменяя геометрию можно добиться равномерного распределения потока по участкам магнитной цепи. За счет этого удается добиться увеличения удельной мощности генератора. И исходя из данных моделирования появляется возможность уточнить методику расчета.
Целью работы является исследование и моделирование магнитного поля генератора с высококоэрцитивными постоянными магнитами для проверки методики расчета генераторов.
На рис. 1 представлены наглядные результаты моделирования магнитного поля для режима холостого хода и при номинальной нагрузке. В рассматриваемой модели генератора располагается обмотка в количестве 15 витков на полюс. Параметры магнита задаются Вг = 0,34 Тл и Нс = 466664 А/м, свойства сердечника якоря соответствуют свойствам электротехнической стали 2013. Для исследования генератора в программе рассчитывается магнитный поток на поверхности полюса для случая холостого хода и при нагрузке. При расчете потока для нагрузочного режима пошагово меняется значение плотности тока в обмотке в соответствии токам, протекающим в проводнике. Данные, полученные при моделировании, занесены в табл. 1.
Для экспериментального исследования был использован стенд, специально разработанный и предназначенный для испытаний систем зажигания. Напряжение на нагрузке измеряется вольтметром Д50151, а ток в нагрузке амперметром Э8030-М1.
Рис. 1. Распределение магнитного поля генератора: 1 — при номинальной нагрузке, 2 — при холостом ходе
Таблица 1
I, А 0 6 7 8 9 10 И 12
Ф, Вб х10-4 2,22 2,11 2,07 2,04 2,02 1,996 1,97 1,95
Таблица 2
7н, А 0 6 7 8 9 10 И 12
и, В, 1000 об/мин 10,6 9,5 9,2 8,975 8,65 8,3 7,9 7,35
II,В 2000 об/мин 20 19 18,8 18,4 17,8 17,4 16,6 16,1
I, А
Рис. 2. Внешние характеристики: 1, 2 — экспериментальные;
3, 4 — полученные при расчете
При постоянной частоте вращения маховика генератора изменяется величина нагрузки. Результаты эксперимента приведены в табл. 2.
Экспериментальное исследование генератора проводилось при частоте вращения 2000 об/мин, при этой частоте номинальный ток 1н = Ю А, поэтому не допускалось увеличение тока нагрузки свыше 12 А.
По результатам расчета на основе данных моделирования и экспериментальных исследований построены внешние характеристики генератора для частот вращения 1000 об/мин и 2000 об/мин, которые представлены на рис. 2.
Анализ внешних характеристик, полученных экспериментальными исследованиями и расчетным путем показывает, что увеличение тока нагрузки свыше 9 А при 1000 об/мин и 10 А при 2000 об/мин дает расхождение. Это обусловлено, во-первых, тем, что при эксперименте происходит нагрев провода обмотки якоря и увеличивается его активное сопротивление, во-вторых, при расчете не учитывается нелинейность характеристик магнита. Поэтому при дальнейшем исследовании необходимо в пакете БЬСиТ учитывать теплопередачу и нелинейность магнитных характеристик.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бут, Д. А. Бесконтактные электрические машины / Д. А. Бут. М. : Высшая школа, 1990. 415 с.
2. Балагуров, В. А. Электрические генераторы с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев. М. : Энергоатомиздат, 1988. 280 с.
3. Ледовский, А. Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами / А. Н. Ледовский. М.: Энергоатомиздат, 1985.169 с.
ОБ АВТОРАХ
Исмагилов Флюр Рашитович, проф., проректор, зав. каф. электромеханики. Дипл. инж.-электромех. (УАИ, 1973). Д-р техн. наук по элементам и устройствам управления (УГАТУ, 1998). Иссл. в обл. электромех. преобразователей энергии.
Хайруллин Ирек Ханифо-вич, проф. той же каф. Дипл. инж.-электромех. (Ивановск. энергет. ин-т, 1963). Д-р техн. наук по элементам и устройствам управления (УАИ, 1981). Иссл. в обл. элек-тромехан. преобразователей энергии.
Полихач Евгений Александрович, асп. той же каф. Дипл. магистр в обл. электро-техн., электромех., электро-технол. (УГАТУ, 2006). Готовит дис. в обл. электромех. преобраз. энергии.
