同步电机之关于永磁同步发电机的径向式磁体结构

    这种转子磁化方向为沿转子径向方向磁化，在一对极磁路中有两个永磁体提供磁动势，只有一个永磁体截面提供每极磁通，所以气隙磁感应强度较低。径向式磁体结构中永磁体形状有环形、星形、瓦片形及矩形四种形式。

l）环形永磁体（见图7一2）结构较简单、制造工艺方便，可以直接浇铸或粘接到转轴上，机械强度高，可以作成高速发电机，但永磁体利用率低。

2）星形永磁体（见图7一3）为提高永磁体利用率，极间可用铝合金浇铸。这种结构既改善了发电机的瞬态性能，又提高了永磁材料的抗去磁能力，但目前存在极间漏磁较大，因而造成发电机容量受到限制。

3）瓦片形及矩形永磁体近年来图7

由于高磁感应强度与高矫顽力永磁体的出现，使得永磁体在磁化方向上不断缩小，在径向充磁同步发电机中，磁体可以采用片形、瓦片形及矩形永磁体，如图7一4和图7一5所示，这时不但加工费用低，而且磁化容易，使永磁材料成本降低。调节瓦片形永磁体宽度、永磁体极靴形状及宽度还可调节极弧系数，也改善了气隙磁场波形。瓦片形及矩形永磁体与转轴之间常用非导磁材料或非磁性轴连接。

7 . 1 . 3轴向式磁体结构

轴向式磁体结构即是常见的爪极式转子，如图7一6所示，爪极式转子通常由两个带爪的法兰盘和一个轴向充磁的圆环形永磁体组成，两个爪极法兰盘和磁极相交，而把永磁体放在两个法兰盘之间，一个法兰盘上所有磁极均为N极，另一个法兰盘的爪极则为S极。为了避免漏磁，转轴可采用非磁性材料或加非磁性套筒。

    爪极转子的优点是永磁体简单，而爪极又可通过极形改变磁场波形；爪极的存

在使气隙磁场稳定，不会发生不可逆畸变。交轴电枢反应在爪极中闭合，爪极之间漏磁较大，直轴电枢反应对永磁体去磁作用小，永磁磁极具有较大的抗去磁能力；同时爪极系统具有良好的阻尼作用，故这种结构特别适合极数较多或频率较高的中频发电机中。永磁同步发电机近年来应用场合越来越广泛，但主要还是应用在汽车、拖拉机、摩托车中作为照明电源和点火电机；另外在小功率燃气发电机、小功率风力发电机中也得到广泛使用。近年来，在航空航天等领域中，主发电机及大型发电机的副励磁极，大功率永磁同步发电机中也取得了广泛的应用。

7 . 2永磁同步发电机的参数计算

永磁同步发电机的参数计算实际上就是永磁同步发电机的阻抗计算。众所周知，电枢电阻计算远比电抗计算容易，为了考虑章节的合理，我们还是列成两个章节讨论。

7 . 2 . 1定子每相绕组的电阻计算

7 . 2 . 2定子绕组的漏抗计算

1．槽漏磁导系数

对不同槽形的漏抗有不同算法，以小功率永磁同步发电机常用的梨形槽（见图7一7）为例。这时有。

7 . 3小功率永磁同步发电机的运行特性

小功率永磁同步发电机运行特性基本上与电励磁同步发电机相同，但对以下几个问题应特别提及。

7 . 3 . 1外特性

同步发电机在负载变化时，由于电枢反应和漏阻抗压降的存在，端电压一定要发生变化。端电压随负载电流的变化称之为发电机的外特性。如果发电机是感性负载，其电枢反应是去磁的，端电压随负载的增加而下降，漏磁阻抗虽然随负载增加而增加，但总体上还是使端压下降，因此外特性是下降的。但因永磁同步发电机电枢反应去磁作用比电励磁电枢反应去磁作用小，因此外特性下降的也小（见图7一9 )，电压变化率也就小，这样就可以减少固有电压调整率。固有电压调整率△ u％是指转速一定，负载变化时，发电机端电压的变化。

    由式（7一11）和式（7一12）可以看出，为了减少固有电压调整率，即改善外特性，应从以下几个方面着手：为了改善小功率永磁同步发电机的外特性，应采用H  Br大的永磁材料，如NdFeB永磁材料，增加永磁材料导磁方向的长度，减少电枢绕组匝数和增大导线截面积及增加转子漏磁导。

7 . 3 . 2功角特性

    在径向磁体结构的永磁同步发电机中，由于,，其功角特性如图7一10所示的曲线1，而切向结构的永磁同步发电机，常有，所以式（7一13 )中右边第二项将为负值，最大电磁功率尸．a：处的功率角可能大于，/ 2，其功角特性如曲线2 、曲线3是电励磁凸极同步发电机功角特性。可以看出，在输出同样功率时，永磁发电机的功角比较大，发电机的稳定性差。

7 . 3 . 3短路特性

同步发电机的稳态短路电流人和超瞬态短路电流尺可表示为。