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                  永磁同步發電機特性

                  更新時間:2021-04-24 06:01:52

                  一、永磁同步發電機特點
                         與傳統的電勵磁發電機相比,永磁同步發電機是通過永磁體來建立發電機主磁場。相較于普通同步發電機,永磁同步發電機既有其優點也有其缺點,總的特點概括如下:
                         (1)由于永磁體的使用,實現了無刷化,結構更加簡單緊湊,故障率降低,
                  持久運行狀況下其可靠性得到大大提升。
                         (2)永磁發電機的磁場由永磁體建立,氣隙中的磁場強度高并且電機功率密
                  度高,同等條件下可以造出質量很輕,體積很小的電機。
                         
                  (3)用永磁體替換了原來的電勵磁繞組和電刷,使運行過程中的損耗大為減
                  小,電機整體運行效率得到提升。
                         
                  (4)固有電壓調整率小,引起的輸出電壓波動也就小。
                         
                  (5)永磁同步發電機采用欽鐵硼、稀土鉆等永磁體,大的缺點就是輸出電壓難以調節。
                         如今,隨著永磁材料的不斷發展,永磁同步發電機的應用領域非常廣闊,如發電、航空航天用主發電機、用發電機等領域都廣泛采用各種類型的永磁同步發電機。永磁同步發電機在一些場合開始呈現出逐步替代電勵磁永磁同步發電機的趨勢。
                  二、永磁同步發電機基結構與分類
                         與普通交流電機一樣,永磁同步發電機也由定子和轉子兩部分構成。定子鐵芯上預留有大小型號相同的定子槽,槽內根據要求布置有三相對稱繞組,通常制成定子鐵芯的材料為硅鋼片。永磁發電機的定子槽宜采用梨形槽或梯形槽,因為這兩種定子槽的定子齒是等寬齒,所以漏磁少、諧波分量小。每個導體可以采用多跟圓銅漆包線并繞。定子繞組通常由圓銅線繞制而成,采用多根圓銅漆包線繞組又容易實現繞組端部扭轉換位。其連接方式大多采用雙層短距離繞組和星形連接方式,單層繞組和正弦繞組也用于小功率電機。
                         永磁同步發電機轉子通常由轉子鐵心和永磁體兩部分構成。在實際生產加工過程中,轉子鐵芯的原材料也是硅鋼片。根據永磁體擺放方位可將轉子磁極結構分為表面式和內置式兩種。根據轉子相對位置的不同,又可分為內轉子結構和外轉子結構。內置式磁極結構中根據永磁體磁極的橫向或者縱向布置又可分為徑向式轉子結構和切向式轉子結構。
                         1.表面式轉子結構
                         表面式結構中,在轉子鐵芯的表面經過處理,然后將永磁體貼在其上。這樣在電機高速運行情況下會產生很大的離心力,由離心力所形成的拉力易損壞永磁體。為此,在電機高速運行情況下需在轉子外加上套環來保證轉子的機械強度。這種結構形式從構造來說相比其他的結構簡單很多,而且在實際加工過程中易于加工制造,制造費用相對較低。為表面插入式結構,這種結構下由于磁阻轉矩的存在使得發電機的過載能力強。因永磁體是插入其中,在安裝時易于定位,制造裝備過程簡單,但是漏磁系數較大。
                  1.1永磁同步發電機磁路分析
                         在永磁電機的設計、分析與計算中,等效磁路法的應用使其分析計算更為簡便,清晰。所謂等效磁路法就是將電機內部的三維交變磁場分割成多段恒定磁場的小磁路,假定每小段磁路上的磁通是均勻分布的,后將計算出的每小段磁路進行疊加,通過經驗乘以修正系數使度達到要求,以此得到終的等效磁路。永磁電機的磁通由提供磁場能量永磁體、進行機電能量轉換的氣隙以及一些導磁材料構成。鐵耗就是由永磁體產生的磁通在電機中流通時所產生的能量損耗;氣隙是磁路的重要一部分,氣隙中磁通的大小即代表了氣隙中儲存的能量的多少,決定了電機的尺寸,是影響電機性能的重要參數之一。
                         永磁電機等效磁路結構是由永磁體和外部磁路部分構成。為了方便進行磁路分析,并使計算精度能夠達到要求,在進行永磁發電機磁路分前先進行如下假設:
                         (1)定子繞組端部的影響忽略不計;定子鐵心的磁導率為無窮大。
                         (2)近似的認為鐵心表面光滑,以卡式系數計及開槽的影響。
                         
                  (3)磁鋼退磁曲線與回復曲線重合。
                         
                  (4)永磁體被均勻磁化。
                         對永磁同步發電機的基理論進行了介紹。首先,詳細介紹了永磁同步發電機主要定、轉子結構以及各結構的特點;然后,對永磁同步發電機等效磁路原理進行推導論述,為接下來的發電機電磁設計打下基礎;后,對永磁同步發電機的參數計算和運行特性進行了闡述。
                  三離網型永磁同步發電機電磁設計
                         電機設計是一個復雜的過程,是多方面知識的綜合,需要根據給定的技術指標要求對電機的進行電磁設計、冷卻設計和機械結構設計,這三者之間并非相互獨立而是要經過多方面考慮來選取優的設計。要加工制造一臺電機,首先要對電機進行電磁設計,確定各部分尺寸、材料、磁路結構選取設計等。隨著電磁設計軟件的不斷發展,電機電磁設計的速率、效率、準確度大為提升

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