Badanie modeli prądnic tarczowych rdzeniowych

Prądnice tarczowe należą do wolnobieżnych maszyn synchronicznych, wzbudzanych magnesami trwałymi. Zainteresowanie takimi prądnicami jest spowodowane rozwojem przydomowych elektrowni wiatrowych o stosunkowo niewielkiej mocy.

W artykule [7] przedstawiono wyniki badań kilku kolejnych wykonań generatorów bezrdzeniowych. Podstawową wadą tego typu prądnic jest duża wartość odległości pomiędzy czołami współpracujących magnesów – czyli duża szczelina w obwodzie magnetycznym. W związku z tym uzyskanie mocy przekraczającej 1 kW przy prędkościach rzędu 200 obr./min wymaga specjalnych zabiegów – zwiększania objętości magnesów i takiego nawijania cewek, aby jak najbardziej zmniejszyć grubość uzwojenia.

W celu pomniejszenia rozmiaru szczeliny powietrznej, w stojanie można zastosować rdzeń magnetyczny. W wielu proponowanych konstrukcjach prądnic rdzeniowych wykonanie rdzenia jest dość skomplikowane [1], [2], [3], [4], [5], co znacząco podnosi koszt budowy prądnicy. Z kolei wykorzystanie prostych rdzeni z przerwami powietrznymi [6] może powodować pojawienie się znacznego momentu zaczepowego, utrudniającego rozruch prądnicy. Dlatego do badań przyjęto rozwiązanie przedstawione w [8]. Wydawało się, że nie posiada przedstawionych wad.

budowa prądnicy jednofazowej z toroidalnymi cewkami

Zasadę działania prądnicy przedstawiono na rysunku 1. Wirnik to pojedyncza tarcza z niemagnetycznego materiału. W pobliżu obwodu dysku zamontowano układy złożone z magnesu i dwóch nabiegunników. Osie magnetyczne magnesów (kierunki magnesowania) usytuowane są promieniowo. Po obu stronach wirnika umieszczono tarcze stojana, na których zamocowano rdzenie magnetyczne zwijane i cięte, o kształcie litery C. Przerwy pomiędzy rdzeniami mają szerokość rdzenia. Naprzeciwko przerwy na jednej tarczy znajduje się rdzeń umieszczony na drugiej.

Wirnik wykonanego modelu przedstawiono na fotografii 1. Zastosowano w nim 30 magnesów o rozmiarach 40×18×10 mm. Strumień magnesu zamyka się przez nabiegunnik, rdzeń magnetyczny umieszczony na pierwszej tarczy stojana i drugi nabiegunnik. Po wykonaniu przez wirnik 1/30 obrotu, ten sam magnes znajduje się naprzeciwko innego rdzenia, umieszczonego po przeciwnej stronie wirnika, na drugiej tarczy stojana. A zatem ten sam magnes współpracuje na zmianę z rdzeniami na obu tarczach stojana.

Na każdej z tarcz stojana umieszczono 15 rdzeni przedstawionych na fotografii 2. Przez okna rdzeni na każdej z tarcz poprowadzono pojedynczą toroidalną cewkę o 35 zwojach, drutem o średnicy 2 mm. Dwie cewki stojana połączone szeregowo tworzą uzwojenie prądnicy jednofazowej. Prądnicę zamocowano w ramie z kątowników, do której przykręcono również silnik napędowy, połączony z wałem wirnika przekładnią pasową. Wykonany model przedstawiono na fotografii 3.