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徑向勵磁結構的稀土永磁同步發電機設計方法

    劉景林  李鐘明  (西北工業大學西安710072)

    【摘  要】分析具有徑向勵磁結構的稀土永磁同步發電機的磁路求解和電樞反應計算方法，提出了等效處理的方案。樣機實測結果驗證了文中所提出的設計方法。

l  引  言

    具有徑向勵磁結構的稀土永磁同步發電機有著制造工藝簡單、體積小、重量輕、出力大、抗去磁能力強、外特性硬等一系列優點，已開始應用于航空航天等軍工及民用領域。本文對電機模型進行了分析討論，并對設計方法加以研究。樣機結果表明，取得了滿意的結果。

    圖1為電機結構簡圖。定子鐵心采用斜槽，繞組為分數槽繞組，可有效地改善電勢波形。轉子采用瓦片式稀土磁鋼激磁，這種結構漏磁較小。磁鋼外套護環，以提高可靠性。

2磁路計算

徑向勵磁結構稀土永磁同步發電機的等值磁路如圖2所示，圖中，g_a1——轉子磁軛

的磁導。g₀₁——轉子軛與磁鋼間附加氣隙的磁導，g_sm——極間漏磁導，g_δ——氣隙磁導，g_z——定子齒的磁導，g_a2——定子磁軛的磁導，ф_m——磁路總磁通，ф_u——有效磁通，ф_sm——漏磁通，f_m——磁鋼總磁勢，f_ad——縱軸電樞反應磁勢。

    根據磁路的克希荷夫定律,可得下列方程：

求解可得：

漏磁系數：

空載時，f_ad=0，漏磁系數為：

    當電樞反應呈去磁作用時，f_ad為正。由式(4)、(5)、(6)知，磁鋼工作點降低。反之．電樞反應呈助磁作用，f_ad為負，磁鋼工作點上升。

根據式(7)可知，漏磁系數為磁路飽和程度和電樞反應的函數，隨著電機運行狀態的不同而變化。空載時，漏磁系數與附加氣隙無關，因為漏磁通與有效磁通均通過附加氣隙。而負載時，由于附加氣隙的存在，ф_m和ф_u均有不同程度的改變，此時的漏磁系數則與之有關。

3設計求解

具有徑向勵磁結構的稀土永磁同步發電機的電樞反應示意圖如圖3所示。

電機采用瓦片式稀土磁鋼，其去磁曲線呈線性分布，可逆磁導率保持不變，且μ_r≈μ₀=1。因此，對于縱軸電樞反應磁通，磁鋼可近似視為空氣。由此可知，磁路磁導基本對稱，即

    g_ad=g_aq    (9)

    該電機可等效為隱極電機，即具有凸

極磁極的“隱極”電機，其計算方法與隱極電

機類似。根據發電機的基本方程，可以繪出其

矢量圖，如圖4所示。

    根據矢量圖，可求得發電機的運行特性。

發電機外特性：

發電機輸出功率：

外特性如圖5所示。設計過程由計算機完成。

4  實例

采用本文設計方法設計的瓦型磁鋼激磁的稀土永磁同步發電機磁場分布如圖6所示，設計值和測試結果見附表。