Estrutura e princípio dos geradores de ímãs permanentes

1. Estrutura Geral

UM ímã permanente gerador síncrono O gerador é composto por duas partes principais: o estator e o rotor. O estator refere-se à parte estacionária durante a operação do gerador, sendo composto principalmente por chapas de aço silício, enrolamentos de armadura trifásicos simétricos conectados em Y, distribuídos nas ranhuras do estator com uma diferença de ângulo elétrico de 120° entre as fases, uma carcaça que protege o núcleo de ferro e tampas laterais. O rotor refere-se à parte rotativa durante a operação do gerador. operação do gerador Um gerador síncrono de ímãs permanentes, tipicamente composto por um núcleo de rotor, aço para ímãs permanentes, anéis de retenção e um eixo de rotor, possui materiais de ímãs permanentes, especialmente os de cobalto, que apresentam baixa resistência à tração, sendo duros e quebradiços. Se o rotor não possuir medidas de proteção, quando o diâmetro do rotor do gerador for grande ou operar em alta velocidade, a força centrífuga na superfície do rotor pode se aproximar ou mesmo exceder a resistência à tração do material do ímã permanente, danificando-o potencialmente. Portanto, geradores síncronos de ímãs permanentes de alta velocidade frequentemente utilizam uma estrutura de rotor com anéis de retenção. Essa estrutura consiste no encaixe preciso de um anel cilíndrico de paredes finas, feito de metal de alta resistência, ao redor da circunferência externa ou interna do rotor. Esse anel de retenção fixa o aço do ímã permanente e as peças polares de ferro macio em suas respectivas posições no rotor. Assim, o rotor do gerador síncrono de ímãs permanentes assemelha-se a um corpo sólido completo, garantindo confiabilidade durante a operação em alta velocidade.

2. Estrutura do Circuito Magnético do Rotor

As características estruturais dos geradores síncronos de ímã permanente refletem-se principalmente no rotor. Geralmente, de acordo com a relação entre a direção da magnetização dos ímãs permanentes e o sentido de rotação do rotor, eles podem ser classificados em tipo tangencial e tipo radial, entre outros.

(1) Estrutura do circuito magnético do rotor tangencial
Na estrutura do circuito magnético do rotor tangencial, a direção de magnetização do rotor é quase perpendicular ao eixo do fluxo do entreferro e mais distante deste, resultando em uma fuga de fluxo magnético relativamente grande. No entanto, os ímãs permanentes operam em paralelo, com duas seções transversais de ímã permanente fornecendo fluxo magnético por polo ao entreferro, o que pode aumentar a densidade de fluxo no entreferro. Isso é particularmente relevante em casos com um grande número de polos. Portanto, o tipo tangencial é adequado para geradores síncronos de ímã permanente que requerem um grande número de polos e alta densidade de fluxo no entreferro. O método de fixação para os ímãs permanentes e as peças polares utiliza uma estrutura de anel de retenção, conforme mostrado na Figura 1(a).

(2) Estrutura do circuito magnético do rotor radial
A estrutura do circuito magnético do rotor radial é mostrada na Figura 1(b). A direção de magnetização dos ímãs permanentes é consistente com o eixo do fluxo magnético no entreferro e mais próxima deste. No circuito magnético de um par de polos, dois ímãs permanentes fornecem a força magnetomotriz, operando em série. A seção transversal de cada ímã permanente fornece o fluxo magnético por polo para o gerador, e a força magnetomotriz de cada ímã permanente fornece a força magnetomotriz para um polo do gerador.

Figura 1: Diagrama esquemático das estruturas do circuito magnético do rotor do gerador de ímã permanente.

Em comparação com a estrutura de rotor tangencial, a estrutura de circuito magnético de rotor radial apresenta um coeficiente de fuga de fluxo magnético menor. Nessa estrutura, como os ímãs permanentes estão diretamente voltados para o entreferro e possuem orientação de campo magnético, a densidade de fluxo magnético no entreferro (Bδ) é próxima da densidade de fluxo magnético (Bm) no ponto de operação dos ímãs permanentes, melhorando a taxa de utilização do material magnético. Os ímãs permanentes na estrutura de rotor radial podem ser fundidos ou colados diretamente no eixo do gerador, simplificando a estrutura e o processo de fabricação. A fundição de liga de alumínio entre os polos garante a integridade da estrutura do rotor e proporciona um efeito de amortecimento, o que pode melhorar o desempenho transitório do gerador e aumentar a resistência à desmagnetização do material magnético.

(3) Estrutura integrada do rotor embutida

Atualmente, nos grupos geradores tradicionais, o motor e o gerador são relativamente independentes. O virabrequim do motor possui duas extremidades, localizadas na parte dianteira e traseira do motor; a extremidade dianteira é equipada com um volante e uma corda de partida externa; a extremidade traseira serve como acionamento de saída, normalmente usada para conexão ao gerador. grupos geradores de alta velocidade O gerador não só produz energia elétrica, como também, através do cálculo do momento de inércia, garante que o momento de inércia do seu rotor seja igual ao do volante, utilizando assim o seu rotor para substituir o volante do motor primário, tornando-o parte integrante deste. Isto permite alcançar uma "estrutura integrada de gerador de alta velocidade". Tal reduz significativamente as dimensões axiais da unidade e o seu peso, permitindo, fundamentalmente, a separação das zonas quentes e frias do grupo gerador, facilitando as soluções de dissipação de calor e melhorando a fiabilidade do sistema.