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永磁同步发电机特性

更新时间:2021-04-24 06:01:52

一、永磁同步发电机特点
       与传统的电励磁发电机相比,永磁同步发电机是通过永磁体来建立发电机主磁场。相较于普通同步发电机,永磁同步发电机既有其优点也有其缺点,总的特点概括如下:
       (1)由于永磁体的使用,实现了无刷化,结构更加简单紧凑,故障率降低,
持久运行状况下其可靠性得到大大提升。
       (2)永磁发电机的磁场由永磁体建立,气隙中的磁场强度高并且电机功率密
度高,同等条件下可以造出质量很轻,体积很小的电机。
       
(3)用永磁体替换了原来的电励磁绕组和电刷,使运行过程中的损耗大为减
小,电机整体运行效率得到提升。
       
(4)固有电压调整率小,引起的输出电压波动也就小。
       
(5)永磁同步发电机采用钦铁硼、稀土钻等永磁体,大的缺点就是输出电压难以调节。
       如今,随着永磁材料的不断发展,永磁同步发电机的应用领域非常广阔,如发电、航空航天用主发电机、用发电机等领域都广泛采用各种类型的永磁同步发电机。永磁同步发电机在一些场合开始呈现出逐步替代电励磁永磁同步发电机的趋势。
二、永磁同步发电机基结构与分类
       与普通交流电机一样,永磁同步发电机也由定子和转子两部分构成。定子铁芯上预留有大小型号相同的定子槽,槽内根据要求布置有三相对称绕组,通常制成定子铁芯的材料为硅钢片。永磁发电机的定子槽宜采用梨形槽或梯形槽,因为这两种定子槽的定子齿是等宽齿,所以漏磁少、谐波分量小。每个导体可以采用多跟圆铜漆包线并绕。定子绕组通常由圆铜线绕制而成,采用多根圆铜漆包线绕组又容易实现绕组端部扭转换位。其连接方式大多采用双层短距离绕组和星形连接方式,单层绕组和正弦绕组也用于小功率电机。
       永磁同步发电机转子通常由转子铁心和永磁体两部分构成。在实际生产加工过程中,转子铁芯的原材料也是硅钢片。根据永磁体摆放方位可将转子磁极结构分为表面式和内置式两种。根据转子相对位置的不同,又可分为内转子结构和外转子结构。内置式磁极结构中根据永磁体磁极的横向或者纵向布置又可分为径向式转子结构和切向式转子结构。
       1.表面式转子结构
       表面式结构中,在转子铁芯的表面经过处理,然后将永磁体贴在其上。这样在电机高速运行情况下会产生很大的离心力,由离心力所形成的拉力易损坏永磁体。为此,在电机高速运行情况下需在转子外加上套环来保证转子的机械强度。这种结构形式从构造来说相比其他的结构简单很多,而且在实际加工过程中易于加工制造,制造费用相对较低。为表面插入式结构,这种结构下由于磁阻转矩的存在使得发电机的过载能力强。因永磁体是插入其中,在安装时易于定位,制造装备过程简单,但是漏磁系数较大。
1.1永磁同步发电机磁路分析
       在永磁电机的设计、分析与计算中,等效磁路法的应用使其分析计算更为简便,清晰。所谓等效磁路法就是将电机内部的三维交变磁场分割成多段恒定磁场的小磁路,假定每小段磁路上的磁通是均匀分布的,后将计算出的每小段磁路进行叠加,通过经验乘以修正系数使度达到要求,以此得到终的等效磁路。永磁电机的磁通由提供磁场能量永磁体、进行机电能量转换的气隙以及一些导磁材料构成。铁耗就是由永磁体产生的磁通在电机中流通时所产生的能量损耗;气隙是磁路的重要一部分,气隙中磁通的大小即代表了气隙中储存的能量的多少,决定了电机的尺寸,是影响电机性能的重要参数之一。
       永磁电机等效磁路结构是由永磁体和外部磁路部分构成。为了方便进行磁路分析,并使计算精度能够达到要求,在进行永磁发电机磁路分前先进行如下假设:
       (1)定子绕组端部的影响忽略不计;定子铁心的磁导率为无穷大。
       (2)近似的认为铁心表面光滑,以卡式系数计及开槽的影响。
       
(3)磁钢退磁曲线与回复曲线重合。
       
(4)永磁体被均匀磁化。
       对永磁同步发电机的基理论进行了介绍。首先,详细介绍了永磁同步发电机主要定、转子结构以及各结构的特点;然后,对永磁同步发电机等效磁路原理进行推导论述,为接下来的发电机电磁设计打下基础;后,对永磁同步发电机的参数计算和运行特性进行了阐述。
三离网型永磁同步发电机电磁设计
       电机设计是一个复杂的过程,是多方面知识的综合,需要根据给定的技术指标要求对电机的进行电磁设计、冷却设计和机械结构设计,这三者之间并非相互独立而是要经过多方面考虑来选取优的设计。要加工制造一台电机,首先要对电机进行电磁设计,确定各部分尺寸、材料、磁路结构选取设计等。随着电磁设计软件的不断发展,电机电磁设计的速率、效率、准确度大为提升

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