Daimi Mıknatıslı Jeneratörlerin Yapısı ve Prensibi

1. Genel Yapı

A kalıcı mıknatıs senkron jeneratör Jeneratör iki ana parçadan oluşur: stator ve rotor. Stator, jeneratör çalışması sırasında sabit kalan parçayı ifade eder ve esas olarak silikon çelik levhalardan, fazlar arasında 120° elektriksel açı farkı bulunan stator yuvalarına dağıtılmış üç fazlı Y bağlantılı simetrik armatür sargılarından, demir çekirdeği sabitleyen bir gövdeden ve uç kapaklardan oluşur. Rotor ise jeneratör çalışması sırasında dönen parçayı ifade eder. jeneratör çalışması Tipik olarak bir rotor çekirdeği, kalıcı mıknatıs çeliği, tutucu halkalar ve bir rotor milinden oluşur. Kalıcı mıknatıs malzemeleri, özellikle kobalt bazlı kalıcı mıknatıslar, düşük çekme dayanımına sahiptir ve sert ve kırılgandır. Rotor koruyucu önlemlerden yoksunsa, jeneratör rotor çapı büyük olduğunda veya yüksek hızda çalıştığında, rotor yüzeyindeki merkezkaç kuvveti, kalıcı mıknatıs malzemesinin çekme dayanımına yaklaşabilir veya hatta aşabilir ve kalıcı mıknatıslara potansiyel olarak zarar verebilir. Bu nedenle, yüksek hızlı kalıcı mıknatıslı senkron jeneratörler genellikle tutucu halkalı rotor yapısı kullanır. Sözde tutucu halkalı rotor yapısı, yüksek mukavemetli metal malzemeden yapılmış ince duvarlı silindirik bir halkanın rotorun dış veya iç çevresine sıkıca oturmasını içerir. Bu tutucu halka, kalıcı mıknatıs çeliğini ve yumuşak demir kutup parçalarını rotor üzerindeki ilgili konumlarında sabitler. Böylece, kalıcı mıknatıslı senkron jeneratörün rotoru, yüksek hızlı çalışma sırasında güvenilirliği sağlayan eksiksiz bir katı gövdeye benzer.

2. Rotor Manyetik Devre Yapısı

Kalıcı mıknatıslı senkron jeneratörlerin yapısal özellikleri esas olarak rotorda kendini gösterir. Genellikle, kalıcı mıknatısların mıknatıslanma yönü ile rotor dönüş yönü arasındaki ilişkiye göre, teğetsel tip ve radyal tip vb. olarak sınıflandırılabilirler.

(1) Teğetsel Rotor Manyetik Devre Yapısı
Teğetsel rotor manyetik devre yapısında, rotorun mıknatıslanma yönü hava boşluğu akı eksenine neredeyse diktir ve hava boşluğundan daha uzaktır, bu da nispeten büyük manyetik akı kaçağına neden olur. Bununla birlikte, kalıcı mıknatıslar paralel olarak çalışır ve iki kalıcı mıknatıs kesiti, hava boşluğuna kutup başına manyetik akı sağlar, bu da hava boşluğu akı yoğunluğunu artırabilir. Bu durum, özellikle çok sayıda kutup bulunan durumlarda belirgindir. Bu nedenle, teğetsel tip, çok sayıda kutup ve yüksek hava boşluğu akı yoğunluğu gerektiren kalıcı mıknatıslı senkron jeneratörler için uygundur. Kalıcı mıknatıslar ve kutup parçaları için sabitleme yöntemi, Şekil 1(a)'da gösterildiği gibi bir tutucu halka yapısı kullanır.

(2) Radyal Rotor Manyetik Devre Yapısı
Radyal rotor manyetik devre yapısı Şekil 1(b)'de gösterilmiştir. Kalıcı mıknatısların manyetizasyon yönü, hava boşluğu akı ekseniyle tutarlıdır ve hava boşluğuna daha yakındır. Bir kutup çiftinin manyetik devresinde, iki kalıcı mıknatıs seri olarak çalışarak manyetomotor kuvvet sağlar. Her bir kalıcı mıknatısın kesiti, jeneratör için kutup başına manyetik akıyı sağlar ve her bir kalıcı mıknatısın manyetomotor kuvveti, jeneratörün bir kutbu için manyetomotor kuvveti sağlar.

Şekil 1: Kalıcı mıknatıslı jeneratör rotor manyetik devre yapılarının şematik diyagramı

Teğetsel rotor yapısına kıyasla, radyal rotor manyetik devre yapısı daha küçük bir manyetik akı kaçağı katsayısına sahiptir. Bu yapıda, kalıcı mıknatıslar doğrudan hava boşluğuna baktığından ve manyetik alan yönelimine sahip olduğundan, hava boşluğu manyetik akı yoğunluğu Bδ, kalıcı mıknatısların çalışma noktasındaki manyetik akı yoğunluğu Bm'ye yakındır ve bu da kalıcı mıknatıs malzemesinin kullanım oranını artırır. Radyal rotor yapısındaki kalıcı mıknatıslar doğrudan jeneratör miline dökülebilir veya yapıştırılabilir, bu da yapıyı ve işlemi nispeten basitleştirir. Kutuplar arasına alüminyum alaşım dökümü, rotor yapısının bütünlüğünü sağlar ve sönümleme etkisi sağlar; bu da jeneratörün geçici performansını iyileştirebilir ve kalıcı mıknatıs malzemesinin manyetik alan kaybına karşı direncini artırabilir.

(3) Entegre Rotor Gömülü Yapı

Günümüzde geleneksel jeneratör setlerinde motor ve jeneratör nispeten bağımsızdır. Motor krank milinin iki ucu vardır, bunlar motorun ön ve arka tarafında bulunur; ön uçta volan ve harici bir marş ipi bulunur; arka uç ise genellikle jeneratöre bağlanmak için kullanılan çıkış tahrik sistemi görevi görür. yüksek hızlı jeneratör setleri Jeneratör sadece elektrik enerjisi üretmekle kalmaz, aynı zamanda atalet momenti hesaplaması yoluyla rotorunun atalet momentinin volanın atalet momentine eşit olmasını sağlar; böylece rotor, ana tahrik motorunun volanının yerini alarak, ana tahrik motorunun ayrılmaz bir parçası haline gelir. Bu, "yüksek hızlı jeneratör entegre gömülü yapı" elde edilmesini sağlar. Bu, ünitenin eksenel boyutlarını ve ağırlığını önemli ölçüde azaltır, jeneratör setinin sıcak ve soğuk bölgelerinin ayrılmasını temel olarak sağlar, ısı dağıtım çözümlerini kolaylaştırır ve sistem güvenilirliğini artırır.