同步電機(jī)之永磁同步發(fā)電機(jī)

    同步發(fā)電機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的交流電機(jī)，其顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電流頻率f之間具有固定不變的關(guān)系，即n一ns一60f / p，其中n，為同步轉(zhuǎn)速，p為極對(duì)數(shù)?，F(xiàn)代社會(huì)中使用的交流電能幾乎全部是由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。永磁同步發(fā)電機(jī)是一種結(jié)構(gòu)特殊的同步發(fā)電機(jī)，它與普通同步發(fā)電機(jī)的主要不同之處在于：其主磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生，而不是由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生。與普通同步發(fā)電機(jī)相比，永磁同步發(fā)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：

( l）省去了勵(lì)磁繞組、磁極鐵心和電刷一集電環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可靠性高，免維護(hù)。

( 2）不需要?jiǎng)?lì)磁電源，沒(méi)有勵(lì)磁繞組損耗，取消了電刷一滑環(huán)結(jié)構(gòu)，減小了機(jī)械摩擦損耗，效率高。

( 3）采用稀土永磁時(shí)，氣隙磁密高，功率密度高，體積小，質(zhì)量輕。

( 4）直軸電樞反應(yīng)電抗小，因而固有電壓調(diào)整率比電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)小。

( 5）普通同步發(fā)電機(jī)可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流方便地調(diào)節(jié)輸出電壓和無(wú)功功率；永磁磁場(chǎng)難以調(diào)節(jié)，因此永磁同步發(fā)電機(jī)制成之后，難以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的方法調(diào)節(jié)輸出電壓和無(wú)功功率。

( 6）永磁同步發(fā)電機(jī)通常采用欽鐵硼或鐵氧體永磁，永磁體的溫度系數(shù)較高，輸出電壓隨環(huán)境溫度的變化而變化，導(dǎo)致輸出電壓偏離額定電壓，且難以調(diào)節(jié)。

目前，永磁同步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，如航空航天用主發(fā)電機(jī)、大型火電站用副勵(lì)磁機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、余熱發(fā)電、移動(dòng)式電源、備用電源、車(chē)用發(fā)電機(jī)等都廣泛使用各種類(lèi)型的永磁同步發(fā)電機(jī)，永磁同步發(fā)電機(jī)在許多應(yīng)用場(chǎng)合有逐步代替電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)。

目前，關(guān)于永磁同步發(fā)電機(jī)的許多研究集中在輸出電壓調(diào)節(jié)方面，主要有兩大類(lèi)方法：一是采用電勵(lì)磁和永磁勵(lì)磁并存的混合勵(lì)磁方式，通過(guò)調(diào)節(jié)電勵(lì)磁繞組中的電流對(duì)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；二是采用電力電子技術(shù)對(duì)輸出電壓等進(jìn)行調(diào)節(jié)。這兩種方法都會(huì)使發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜、成本增加、可靠性降低，目前還沒(méi)有理想的輸出電壓調(diào)節(jié)方法。無(wú)論如何，輸出電壓調(diào)節(jié)問(wèn)題的解決，必將使永磁同步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍更加廣闊。永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

    一、永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

與普通交流電機(jī)一樣，永磁同步發(fā)電機(jī)也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。圖9一1為典型永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。永磁同步發(fā)電機(jī)的定子鐵心通常由0 . 5～厚的硅鋼片制成以減小鐵耗，上面沖有均勻分布的槽，槽內(nèi)放置三相對(duì)稱繞組。定子槽形通常采用與永磁同步電動(dòng)機(jī)相同的半閉口槽。而成。鐵心；表面式和內(nèi)置式兩種。表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁體固定在為有效地削弱齒諧波電動(dòng)勢(shì)和齒槽轉(zhuǎn)矩，通常采用定子斜槽。定子繞組通常由圓銅線繞制而成，為減少輸出電壓中的諧波含量，大多采用雙層短距和星形接法，小功率電機(jī)中也有采用單層繞組的，特殊場(chǎng)合也有采用正弦繞組的。

由于永磁同步發(fā)電機(jī)不需要起動(dòng)繞組，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，有較充足的空間放置永磁體。轉(zhuǎn)子通常由轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體組成。轉(zhuǎn)子鐵心既可以由硅鋼片疊壓而成，也可是整塊鋼加工根據(jù)永磁體放置位置的不同，將轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)子鐵心的表面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，不直接面對(duì)空氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心對(duì)永磁體有一定的保護(hù)作用，轉(zhuǎn)子磁路的不對(duì)稱產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于表面式結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更強(qiáng)的氣隙磁場(chǎng)，有助于提高電機(jī)的過(guò)載能力和功率密度，但轉(zhuǎn)子內(nèi)部漏磁較大，需要采取一定的隔磁措施，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和加工工藝復(fù)雜，且永磁體用量多。