徑向勵磁結(jié)構(gòu)的稀土永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)計方法

    劉景林  李鐘明  (西北工業(yè)大學(xué)西安710072)

    【摘  要】分析具有徑向勵磁結(jié)構(gòu)的稀土永磁同步發(fā)電機(jī)的磁路求解和電樞反應(yīng)計算方法，提出了等效處理的方案。樣機(jī)實測結(jié)果驗證了文中所提出的設(shè)計方法。

l  引  言

    具有徑向勵磁結(jié)構(gòu)的稀土永磁同步發(fā)電機(jī)有著制造工藝簡單、體積小、重量輕、出力大、抗去磁能力強(qiáng)、外特性硬等一系列優(yōu)點(diǎn)，已開始應(yīng)用于航空航天等軍工及民用領(lǐng)域。本文對電機(jī)模型進(jìn)行了分析討論，并對設(shè)計方法加以研究。樣機(jī)結(jié)果表明，取得了滿意的結(jié)果。

    圖1為電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。定子鐵心采用斜槽，繞組為分?jǐn)?shù)槽繞組，可有效地改善電勢波形。轉(zhuǎn)子采用瓦片式稀土磁鋼激磁，這種結(jié)構(gòu)漏磁較小。磁鋼外套護(hù)環(huán)，以提高可靠性。

2磁路計算

徑向勵磁結(jié)構(gòu)稀土永磁同步發(fā)電機(jī)的等值磁路如圖2所示，圖中，g_a1——轉(zhuǎn)子磁軛

的磁導(dǎo)。g₀₁——轉(zhuǎn)子軛與磁鋼間附加氣隙的磁導(dǎo)，g_sm——極間漏磁導(dǎo)，g_δ——?dú)庀洞艑?dǎo)，g_z——定子齒的磁導(dǎo)，g_a2——定子磁軛的磁導(dǎo)，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(yīng)磁勢。

    根據(jù)磁路的克希荷夫定律,可得下列方程：

求解可得：

漏磁系數(shù)：

空載時，f_ad=0，漏磁系數(shù)為：

    當(dāng)電樞反應(yīng)呈去磁作用時，f_ad為正。由式(4)、(5)、(6)知，磁鋼工作點(diǎn)降低。反之．電樞反應(yīng)呈助磁作用，f_ad為負(fù)，磁鋼工作點(diǎn)上升。

根據(jù)式(7)可知，漏磁系數(shù)為磁路飽和程度和電樞反應(yīng)的函數(shù)，隨著電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的不同而變化。空載時，漏磁系數(shù)與附加氣隙無關(guān)，因為漏磁通與有效磁通均通過附加氣隙。而負(fù)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(shù)則與之有關(guān)。

3設(shè)計求解

具有徑向勵磁結(jié)構(gòu)的稀土永磁同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)示意圖如圖3所示。

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

    g_ad=g_aq    (9)

    該電機(jī)可等效為隱極電機(jī)，即具有凸

極磁極的“隱極”電機(jī)，其計算方法與隱極電

機(jī)類似。根據(jù)發(fā)電機(jī)的基本方程，可以繪出其

矢量圖，如圖4所示。

    根據(jù)矢量圖，可求得發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。

發(fā)電機(jī)外特性：

發(fā)電機(jī)輸出功率：

外特性如圖5所示。設(shè)計過程由計算機(jī)完成。

4  實例

采用本文設(shè)計方法設(shè)計的瓦型磁鋼激磁的稀土永磁同步發(fā)電機(jī)磁場分布如圖6所示，設(shè)計值和測試結(jié)果見附表。