В последние годы особой популярностью пользуются генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Обусловлен интерес к данному классу генераторов их превосходными энергетическими показателями, большим сроком эксплуатации, простотой конструкции, надежностью, способностью функционировать при повышенных частотах вращения в непростых условиях эксплуатации.
Электромашины с использованием постоянных магнитов ЮНДК, а также магнитов FeBa (феррита бария) и FeSr (феррита стронция) были созданы в 1930-ые. Невысокие удельные свойства выпускаемых в те годы постоянных магнитов являлись ограничивающим фактором наращивания мощности генераторов, изготавливаемых с применением этих магнитов.
Разработанные в 1980-1990-ые из нового материала магниты NdFeB стали широко использоваться в промышленном производстве генераторов этого класса. В настоящее время большинство мастеров-исследователей собирают разные вариации генераторов, покупая неодимовые магниты или извлекая их из неисправного электрооборудования. Чаще всего для производства пробных образцов разного рода генераторов используются плоские магниты с габаритами 30x10 или 30x5 миллиметров, в форме бруска с габаритами 40x10x10 или 100x15x15 миллиметров, в форме пластины 60х10х5 миллиметров.
Генератор (с латинского - «производитель») – это прибор, который способен преобразовывать какой-либо тип энергии (химическую, механическую, тепловую, световую) в электрическую энергию. В упрощенном виде генератор состоит из следующих элементов:
- индуктора - магнита или электромагнита, создающего магнитное поле;
- якоря - обмотки, в которой изменение магнитного потока вызывает индуцированную электродвижущую силу;
- контактных колец и скользящих по ним контактных пластинок (щеток), при помощи которых подводится или снимается ток с вращающегося элемента генератора.
Вращающийся элемент - это ротор генератора, а неподвижный - статор.
Генератор с постоянными магнитами вырабатывает ток (и переменный, и постоянный). Переменный ток представляет собой электрический ток, изменяющийся по направлению и модулю. Переменный ток нашел широкое применение в устройствах связи (телевидении, проволочной телефонии на дальние расстояния, радио и т.д.), промышленности и быту. Генераторами переменного тока с постоянными магнитами используется магнитное поле вращающегося типа, создаваемое магнитами. Исходя из мощности энергопотребления, такие генераторы могут быть однофазными и трехфазными. Примерами генераторов с переменным током на постоянных магнитах являются ветро- и автогенератор на постоянных магнитах.
Несмотря на то, что в промышленности применяется преимущественно переменный ток, генератор постоянного тока используется в различных транспортных, промышленных и других установках - на судах, тепловозах, в электролизной промышленности и т.п. Подобные генераторы могут быть созданы с магнитным, электромагнитным и комбинированным возбуждением. Для формирования магнитного потока в генераторе с магнитным и комбинированным возбуждением также используются постоянные магниты.
Исходя из типа конструкции ротора, генераторы бывают синхронными и асинхронными.
Синхронный генератор – генерирующий энергию механизм, в котором у стартера магнитное поле вращается с частотой, равной числу оборотов ротора. Ротором с магнитными полюсами создается вращающееся силовое поле, которое при пересечении обмотки стартера наводит в ней электродвижущую силу. Ротор в синхронном генераторе имеет вид постоянного магнита. Ротора может иметь 2, 4 и другое число полюсов, но обязательно кратное двум. Бытовые электростанции чаще всего оснащены ротором с двумя полюсами. Синхронные генераторы способны на короткое время выдавать ток в три-четыре раза больше номинального. Также такие генераторы оптимально подходят для подключения оборудования с большими стартовыми токами.
Эксплуатация генераторов синхронных с постоянными магнитами показала, что максимальный эффект демонстрируют генераторы с высокими частотами вращения. По этой причине они используются в авиации с приводом от авиадвигателей. Синхронные генераторы используются обычно как источники переменного электротока постоянной частоты и устанавливаются в электрических установках, на электростанциях, на транспорте.
Асинхронные генераторы работают в режиме торможения. Здесь ротор вращается однонаправлено с силовым полем стартера, но с некоторым опережением. Теоретически создать асинхронный генератор на постоянных магнитах можно, но на практике они нечасто изготавливаются. Также они обладают некоторыми недостатками: высокой себестоимостью, зависимостью от индуктивно-активного характера нагрузки, ненадежностью функционирования при экстремальных нагрузках, зависимостью частоты тока и выходного напряжения от устойчивости функционирования двигателя и т.п.
Генераторы, исходя из типа первичного двигателя, делятся на турбогенераторы, гидрогенераторы, ДВС, ветрогенераторы, парогенераторы. Другими словами, классификация основывается на типе двигателя, преобразующего энергетические ресурсы природы в механическую работу. Использование высокоэнергетических постоянных неодимовых магнитов дало возможность упростить конструкцию и существенно уменьшить размеры и массу генераторов. Это дало толчок развитию малой ветроэнергетики во всем мире, включая Россию.
Опыт разработки, изготовления и эксплуатации генераторов с постоянными высококоэрцитивными магнитами продемонстрировал их высокие технические и экономические характеристики, целесообразность и обоснованность их использования в системах электроснабжения.
Особенности характеристик редкоземельных магнитов: низкий показатель магнитной проницаемости, высокая коэрцитивная сила по намагниченности от напряженности поля магнитного. Генераторы на магнитах из неодима нашли применение в авиации, машиностроении, ветроэнергетике, автотранспорте и других сферах.
