Estructura y principio de funcionamiento de los generadores de imanes permanentes

1. Estructura general

A imán permanente generador síncrono Consta de dos partes principales: el estator y el rotor. El estator se refiere a la parte estacionaria durante el funcionamiento del generador, compuesta principalmente por láminas de acero al silicio, bobinados de armadura simétricos trifásicos conectados en Y distribuidos en las ranuras del estator con una diferencia de ángulo eléctrico de 120° entre fases, una carcasa que asegura el núcleo de hierro y tapas de los extremos. El rotor se refiere a la parte giratoria durante el funcionamiento del generador. funcionamiento del generador , que generalmente consta de un núcleo de rotor, acero para imanes permanentes, anillos de retención y un eje de rotor. Los materiales para imanes permanentes, especialmente los de base cobalto, tienen baja resistencia a la tracción y son duros y quebradizos. Si el rotor carece de medidas de protección, cuando el diámetro del rotor del generador es grande o funciona a alta velocidad, la fuerza centrífuga sobre la superficie del rotor puede alcanzar o incluso superar la resistencia a la tracción del material del imán permanente, lo que podría dañar los imanes permanentes. Por lo tanto, los generadores síncronos de imanes permanentes de alta velocidad suelen utilizar una estructura de rotor con anillos de retención. Esta estructura consiste en un anillo cilíndrico de paredes delgadas, fabricado con un material metálico de alta resistencia, que se ajusta firmemente alrededor de la circunferencia exterior o interior del rotor. Este anillo de retención asegura las piezas polares de acero para imanes permanentes y hierro dulce en sus respectivas posiciones en el rotor. De esta manera, el rotor del generador síncrono de imanes permanentes se asemeja a un cuerpo sólido completo, lo que garantiza la fiabilidad durante el funcionamiento a alta velocidad.

2. Estructura del circuito magnético del rotor

Las características estructurales de los generadores síncronos de imanes permanentes se reflejan principalmente en el rotor. Generalmente, según la relación entre la dirección de magnetización de los imanes permanentes y la dirección de rotación del rotor, se pueden clasificar en tipo tangencial y tipo radial, entre otros.

(1) Estructura del circuito magnético del rotor tangencial
En la estructura del circuito magnético del rotor tangencial, la dirección de magnetización del rotor es casi perpendicular al eje del flujo del entrehierro y se encuentra alejada de este, lo que resulta en una fuga de flujo magnético relativamente grande. Sin embargo, los imanes permanentes operan en paralelo, con dos secciones transversales de imanes permanentes que proporcionan flujo magnético por polo al entrehierro, lo que puede aumentar la densidad de flujo del entrehierro. Esto es particularmente notable en casos con un número elevado de polos. Por lo tanto, el tipo tangencial es adecuado para generadores síncronos de imanes permanentes que requieren un número elevado de polos y una alta densidad de flujo en el entrehierro. El método de fijación para los imanes permanentes y las piezas polares utiliza una estructura de anillo de retención, como se muestra en la Figura 1(a).

(2) Estructura del circuito magnético del rotor radial
La estructura del circuito magnético del rotor radial se muestra en la Figura 1(b). La dirección de magnetización de los imanes permanentes coincide con el eje del flujo del entrehierro y se encuentra lo más cerca posible de este. En el circuito magnético de un par de polos, dos imanes permanentes, conectados en serie, proporcionan la fuerza magnetomotriz. La sección transversal de cada imán permanente proporciona el flujo magnético por polo para el generador, y la fuerza magnetomotriz de cada imán proporciona la fuerza magnetomotriz para un polo del generador.

Figura 1: Diagrama esquemático de las estructuras del circuito magnético del rotor del generador de imanes permanentes

En comparación con la estructura de rotor tangencial, la estructura de circuito magnético de rotor radial presenta un coeficiente de fuga de flujo magnético menor. En esta estructura, dado que los imanes permanentes se orientan directamente hacia el entrehierro y tienen una orientación de campo magnético, la densidad de flujo magnético Bδ en el entrehierro es cercana a la densidad de flujo magnético Bm en el punto de operación de los imanes permanentes, lo que mejora la tasa de utilización del material magnético permanente. Los imanes permanentes en la estructura de rotor radial pueden fundirse o adherirse directamente al eje del generador, lo que simplifica la estructura y el proceso. La fundición de aleación de aluminio entre los polos garantiza la integridad de la estructura del rotor y proporciona un efecto de amortiguación, lo que puede mejorar el rendimiento transitorio del generador y aumentar la resistencia a la desmagnetización del material magnético permanente.

(3) Estructura integrada de rotor incrustado

Actualmente, en los grupos electrógenos tradicionales, el motor y el generador son relativamente independientes. El cigüeñal del motor tiene dos extremos, ubicados en la parte delantera y trasera del motor; el extremo delantero está equipado con un volante y un cordón de arranque externo; el extremo trasero sirve como accionamiento de salida, utilizado normalmente para la conexión al generador. grupos electrógenos de alta velocidad El generador no solo produce energía eléctrica, sino que, mediante el cálculo del momento de inercia, garantiza que el momento de inercia de su rotor sea igual al del volante, utilizando así su rotor para reemplazar el volante del motor primario, convirtiéndolo en parte integral del mismo. Esto da como resultado una estructura integrada de generador de alta velocidad. Esto reduce significativamente las dimensiones axiales de la unidad y su peso, logrando fundamentalmente la separación de las zonas caliente y fría del grupo electrógeno, facilitando las soluciones de disipación de calor y mejorando la fiabilidad del sistema.