永磁同步电机之永磁同步发电机

    根据机电能量转换原理．永磁同步电动机都可以作为永磁同步发电机运行。但由于发电机和电动机两种运行状态下对电机的性能要求不同，它们的磁路结构、参数分析和运行性能计算既有相似之处，又有许多特点。本章分别对这些特点进行分析和讨论。

1概述

永磁同步发电机具有许多优点：由于省去了励磁绕组和容易出间题的集电环和电刷，结构较为简单，加工和装配费用减少，运行更为可靠．采用稀土永磁后可以增大气隙磁密，并把电机转速提高到最佳值，从而显著缩小电机体积，提高功率质量比．由于省去了励磁损耗，电机效率得以提高，处于直轴磁路中的永磁体的磁导率很小，直轴电枢反应电抗茂d较电励磁同步发电机小得多，因而固有电压调整率也比电励磁同步发电机小。

永磁同步发电机的缺点是：制成后难以调节磁场以控制其轴出电压和功率因数‘由于永磁材料和加工工艺的分散性，而且永磁材料，特别是铁氧体永磁和钦铁砚永磁的温度系数较大，导致电机的输出电压分散，偏离额定电压；采用稀土永磁后，目前价格仍较贵。随着电力电子器件性能价格比的不断提高，目前正逐步采用可控整流器和变颇器来调节电压，上述缺点可以得到弥补。

永磁同步发电机的应用领域广阔，功率大的如航空、航天用主发电机、大型火电站用副励磁机．功率小的如汽车、拖拉机用发电机、风力发电机、小型水力发电机、小型内燃发电机组等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机。

2永磁同步发电机转子磁路结构

水磁同步发电机的定子结构与永磁同步电动机相同。其转子磁路结构，除不需要起动绕组外，也与永磁同步电动机相似。但由于对永磁同步发电机的性能，特别是固有电压调整率、电压波形正弦性畸变率和功率密度的要求较高，有的运行转速又很高（例如航空发电机的转速通常为10000-60000r / min )，其结构布置与选用原则有许多特点。通常按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，分为切向式、径向式、混合式和轴向式四种。

2 . 1切向式转子磁路结构

切向式转子磁路结构中（如图81和图8一2所示），永磁体的磁化方向与气隙磁通轴线接近垂直且离气隙较远，其漏磁比轴向式结构、径向式结构要大。但是，在切向式结构中永磁体并联作用，有两个永磁体截面对气隙提供每极磁通，可提高气隙磁密，尤其在极数较多情况下更为突出。因此适合于极数多且要求气隙磁密高的永磁同步发电机。

    切向式转子磁路结构由于永磁体和极靴的固定方式不同，通常分为切向套环式结构（图8-1）和切向槽楔式结构（图8-2 )永磁材料，尤其稀土钻永磁材料的抗拉强度很低．如果转子结构上无防护措施，当发电机转子直径较大或高速运转时，转子表面所承受的离心力已接近甚至超过永磁材料的抗拉强度，将使永磁体出现破坏，所以高速运行的永磁同步发电机选用套环式转子结构。所谓套环，实际上是一个高强度金属材料制成的薄壁圆环，紧紧地套在转子外圆处。通过套环把永磁体、软铁极靴都固定在应有的位置上。套环的力学特点是，在它所包容下的转子内部各组件，在整个转速范围内（静止状态的零转速、额定转速和超速状态），应全部处于压缩状态。因此在静止状态装配时，需采取过盈配合。这样，转子内部虽然是由许多零件类似“积木”的方式组合而成，但在高速旋转时，仍像一个实心体一样，保证了运行上的可靠。

    切向套环式转子的磁通路径为；永磁体N极～软铁极靴～套环的磁性材料段～气隙～定子铁心～气隙～套环的磁性材料段～软铁极靴～永磁体S极从磁通路径上可以看出：套环的一部分是主磁路的组成部分，要求导磁性能好；而套环的另一部分是两磁极的间隔，需要隔磁。因此套环是由高强度、高电阻率的磁性金属材料和非磁性金属材料交替组合，用电子束焊接而成。有时为了简化工艺，套环全部用非滋性金属材料，这时增加了主磁路的计算气隙长度，增加了永磁体用量。

从磁通路径还可以看出：对于切向结构，为了减少漏磁，转子里面的衬套必须由非磁性材料构成。而永磁体和软铁极靴之间、软铁极靴和套环内壁之间是主磁通的路径，零件必须进行高精度加工。

槽楔式结构中永磁体用槽楔固定，工艺和结构比较简单，但对高速运行的发电机，套环式的可靠性比槽楔式高。考虑到容量较大的永磁同步发电机整体装配比较困难，有的发电机将转子沿轴向分为几段，每段为一个磁盘。装配时，先将每一磁盘分别进行组装，再将所有磁盘套装在转轴上。而且采用不同数目的磁盘，改变转子的轴向长度，就可在保持定、转子径向尺寸和主要工装不变的情况下得到各种不同的额定输出功率。