稀土永磁材料在小型同步发电机中应用的可行性

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1、维普资讯http://www.cqvip.coml992年磁能应用技术第3期稀土永磁材料在小型同步发电机中?‘r应用的可行性．柳玉敬赵书博／--●______--●●●一_。______-______(哈尔滨工业大学电机教研室)摘要：稀土永磁材料在小型同步术上，还是在经济上都是可行的，必将获彳{c速发展。关键词：、电，一弓机一一、引言～盥永磁材料是一种新兴的重要的应电工材料，一它的应用领域十分广泛，并且随着其迅速用一发展将更为广泛地应用于工业、国防和民用等领域。近几年来，稀土永磁的出现和发展引起了

2、电机行业的巨大变革，从全不世界来看，～永磁电机是永磁材料的最大用户。尽管如此，目前永磁材料仍主要是在微型电机中应用，其分析，设计和制造等都已经基本成熟。微型永磁电机的优点是性能好、损耗少、体积小和成本低。对中小型发电机，如能采用永磁材料，节能的潜力将很大，但由于电机的容量较大，永磁材料的用量很多，这将增加电机成本，并可能带来一些技术问题。随着我国各行业生产的扩大，能源短缺的问题越来越尖锐，节能已经变得非常迫切。提高普遍应用的中小型发电机的效率是一个重要手段，用永磁体代替电励磁装置可以消除励磁损耗，

3、发电机的效率可提高2％一3，节能的、效果是相当可观的，但节能的收益是否能抵过成本的增加?更为重要的是小型永磁同步发电机在技术上是否可行(如结构和电压变化率等)?本文将在这个方面做些探讨．二、转子结构形式的选择由于永磁同步发电机转子上没有励磁绕组、整流器件和滑环装置等，因而结构简单，运行可靠。转子采用的结构形式不同，其电机的性能也不同，传统的转子结构形式主要有：圆柱形转子、星形无极靴转子、星形有极靴转子和爪极式转子等，如图l所示。圆柱形转子磁钢利用率较低，但结构简单，制造方便，多用于微型发电机。在星

4、形有极靴转子和爪极式转子结构中，各极靴和各爪极之间的漏磁较大，在1．35—1．45之间，此纵轴电枢反速去磁作用小，有利于减小电压变化率，这两种结构适用于容量稍大的同步发电机。上面介绍的几种转子形式比较适合铁氧体、铝镍钻等永磁材料．前三种型式属于径向磁化．．后一种则属于轴向磁化，当采用高磁能移I、高矫顽力的稀土合金永磁材料时，为了减小电机体积，应尽量增大气隙磁蓉，这将造成磁钢工作点升高，偏离最大磁能积13维普资讯http://www.cqvip.coml21一水磁体2一非导磁体3一转轴4一极靴5一爪

5、极图1、永磁同步发电机的传统转子结构，磁．钠3的4利用军下降，见图2。I。‘●-一．2圣^———．==，‘：!。()网往形转．’Ib】无极靴星肜转图2、径向磁化与切向磁化的磁钢工作点改进的有效方法是采用切向磁化结构，如图3所示。在相同的转子体积下，磁荆的‘耐4毫鼍冀子8稿秘干1一永磁体2一软磁体3一非导磁体4一转轴1图3切向式永磁转子横截面积大于径向磁化结构，每极气隙磁通不变的话，磁{1q工作磁密下降，工作点接近最大磁能积点，参见图2。切向式结构相当予磁极并联，所以义称为并联磁路结构。在我们设计的

6、9OKW永磁同步发电机巾，采用闻背吉林八一．七_厂生产的合金钕铁硼(．NTp一240)永磁材料，电机气隙最大磁密~888oGS，．永磁材料用量为4400cm。豆少于径阿武结构，电机积小于同功率的电励磁同步发电机。‘l4维普资讯http://www.cqvip.com三、电压变化率的调整发电机的电压变化率定义为TT。。、，一△U=旦×l00％(1)UN～其中E。一空载I势(V)’U一额定电压(V)电压变fl二率是发电机的一个重要技术指标。在电磁式同步发电机巾，当负载变化时，，可以通过调节励磁电流来维

7、持输出电压不变；但在永磁式同步发电机中，主磁场是由永磁体产生的，其大小仅与电机的结构和材料有关，不能人为的调节，造成水磁同步发电机的电压变化率较大。下面讨论如l可在电机的没计中，减小电压变化率。l、磁钢厚度对电压变化率的影响当磁钢的面积不变时，增加磁钢厚度会使磁钢的去磁线斜率变小(见图4)，那么，对于相同的电枢眨应的直轴去磁磁势，电机由空载到负载，磁通的相对变化率将小于薄磁钢时的变化率，因为电枢感应电势与磁通成正比，即有一—l＼垒AE＼△E一／一’—一／一]一≮(2)从物理上看，磁嗣变厚相当于去磁

8、磁路的磁导变小，去磁磁通变小，电压变化率相应t}l变小。图4、磁钏厚度对电变化率的影响．2、磁路饱和程度对电压变化率的影响●一．·他和◆．蓁翼裹蕤薹曩图5饱fu程{、f电压变化荦刊：旬行励磁，电枢眨应的直轴分量较大，去磁维普资讯http://www.cqvip.com