МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ГЕНЕРАТОРА С ПОСТОЯННЫМИ И ПЕРЕМЕННЫМИ МАГНИТАМИ

Аннотация

В работе рассматривается проблема повышения эффективности компактных самозапускающихся электрогенераторов для автономных устройств, где механические и электрические потери снижают выходную мощность и срок службы (актуальность). Изучается генератор с импульсным управлением, маятниково-инерционным коническим ротором и двойным магнитным возбуждением – постоянное   поле для стабилизации и переменное для адаптивного ввода энергии (методы). Разработана модель во временной области с учётом реальных потерь (трение в подшипниках, сопротивление обмотки, ограничения по току и напряжению), реализованная в Python/NumPy и проверенная численными экспериментами в диапазоне 0–10 с. Проведены параметрические исследования по моменту инерции, коэффициенту трения, сопротивлению нагрузки, амплитуде и длительности импульсов, числу витков и магнитному потоку; на выходе анализировались угловая скорость, ЭДС, ток и накопленная энергия. Основная гипотеза –  сочетание инерционного сглаживания и редких импульсных воздействий увеличивает выход энергии и продлевает устойчивую работу по сравнению с генератором с постоянным магнитом без импульсного управления. Моделирование подтвердило это, показав снижение пульсаций крутящего момента, избирательную компенсацию потерь и восстановление энергии через самозарядный контур (результаты). Отличительные особенности –  конический ротор в роли маятникового стабилизатора, двойное магнитное управление и малопотерянный импульсный запуск. Практическое применение ожидается в системах энергоcбора и маломощных приводах, где доступна короткая энергия запуска, умеренные механические потери и возможно согласование нагрузки. Результаты дают ориентиры для совместного проектирования размеров и алгоритмов управления без избыточного теоретического введения.