Analytical and physical modeling of the magnetically active part of a linear electric generator with permanent magnets

Abstract

В автономних системах, що потребують компактного джерела електроенергiї, а також при необхiдностi спрощення механiзмiв конструкцiї енергосистем, все бiльш широке застосування знаходять лiнiйнi електрогенератори. Для дослiдження характеристик лiнiйного електрогенератора запропонована аналiтична модель його магнiтоактивної частини. В основу моделi покладено припущення про перiодичнiсть лiнiйного посту-пального руху якоря вiдносно нерухомої цилiндричної обмотки. На основi уявлення магнiтного поля, яке створює якiр електрогенератора, цилiндричними гармонiками скалярного потенцiалу, проведено аналiз магнiтного потоку, створюваного iндуктором, конструкцiя якого мiстить кiлька попарно-протилежно орiєнтованих цилiндричних постiйних магнiтiв. Використання уявлень на основi цилiндричних гармонiк для магнiтного потоку i ЕРС, яка наводяться в круговому контурi, дозволило обґрунтувати рацiональну кiлькiсть цилiндричних магнiтiв якоря i їх геометричнi параметри. Проведено оцiнку втрат, викликаних технологiчною необхiднiстю застосування замiсть суцiльних цилiндричних магнiтiв кiльцеподiбних, з тими ж габаритними розмiрами. Проведено аналiз втрат магнiтного потокозчеплення зi струмовою обмоткою, що виникають у зв'язку з наявнiстю технологiчно необхiдного зазору мiж постiйними магнiтами i секцiями обмотки. Проведено аналiз розташування i комутацiї секцiй обмоток, що дозволило обґрунтувати вибiр рацiонального розмiру в поперечному перерiзу. Для експериментальної перевiрки аналiтично отриманих результатiв була створена фiзична модель лiнiйного електрогенератора з якорем, що мiстить постiйнi цилiндричнi магнiти, поступальний перiодичне рух якого забезпечувалося зовнiшнiм електроприводом. Аналiз зафiксованих за допомогою цифрового осцилографа залежностей ЕРС з невеликою (5 %) похибкою пiдтвердив отриманi аналiтичнi результати i коректнiсть покладених в основу моделi положень.