高速永磁同步发电机3种结构对比研究.pdf

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1、高速永磁同步发电机3种结构对比研究燕聪，刘卫国，杨南方(西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)ComparativeResearchontheStructureofHighSpeedPMSGYANCong，LIUWei—guo，YANGNan—fang(ShoolofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：高速永磁同步发电机传统结构是转子永0引言磁体径向励磁分布绕组结构，在此基础上研究了其它两种结构：Halbach阵列励磁分布绕组结构磁密由于永磁体的高磁能积，高速永磁电机的几何分布曲线

2、、反电势曲线、相电流曲线等发电机特性；尺寸远小于同功率的中低速电机，成为电机领域的仿真结果为高速永磁同步发电机的进一步优化和径研究热点，被广泛应用于高速飞轮储能系统、航空航向励磁环形绕组结构。利用场路耦合有限元法分析天等领域。永磁电机由于其结构简单、力能密度高了3种结构下的电机空载和负载特性，得到气隙设和无励磁损耗等优点，最适合用于高速电机领域[1]。计提供了理论参考。永磁同步发电机由于其功率密度高、效率高和关键词：永磁同步发电机；环形绕组；Halbach；可靠性高等特点，适合应用于航空航天领域。在永有限元仿真磁同步发电机中，与切向励磁结构永磁同步电机相中图分类号：TM341比，径向结构

3、永磁同步电机稳定性好，漏磁小，转子文献标识码：A装配工艺简单。Halbach阵列励磁分布绕组结构文章编号：1001—2257(2012)07—0036—04(下面简称Halbach结构)强侧磁场具有理想的正Abstract：Surface—mountedPermanentMag—弦分布，另一侧磁场很弱，这样就可以使转子在空载netisthetraditionalstructureofthehighspeed状态下的铁心损耗很低，从而提高电机的力能密permanentmagnetsynchronousgenerator度_2]。径向励磁环形绕组结构(下面简称环形绕组(PMSG)．Inthi

4、spaper。theothertwostructures结构)可以通过绕组形式的改变，有效的减小电机轴areproposed，motorwithHalbachmagnetarray向长度口]。andmotorwithring—winding．Baseonfield—cir—主要对以上3种不同结构的永磁同步发电机，cultcoupledfiniteelementmethod，theno一1oad在相同的指标参数下，采用场路耦合的方法，分析了andful1一loadcharacteristicsofthedifferentgener—电机的静态、空载和负载的特性，计算了电机的电磁atorsa

5、reanalyzed，suchas，distributioncurveofair与机械损耗。—gapfluxdensity，distributioncurveofcounter1电机静态模型仿真对比EMF，distributioncurveofphasecurrent．Tre—sultofsimulationprovidesatheoreticalfoundation1．1发电机技术指标foroptimizationofthehigh—speedPMSG．20kW永磁同步发电机技术指标如表1所示。Keywords：PMSG；ringwinding；Halbach；fi—基于传统磁路分析、

6、场路耦合及有限元方法设niteelementsiml】】ation表120kW永磁同步发电机技术指标收稿日期：2011—12—31·36·《机械与电子~2012(7)3种结构对比分别为9．2，9．5％，6．7。言0主二：：囊200t／st／ms2OOo．511．522．5：主砉o囊R一／⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一200t／s200t／ms囊t／st／s．图4发电机额定负载时电势及电磁转矩义O5(3电机损耗对比t／ms3．1定子铁耗图3空载反电势根据电机设计理论，定子铁耗可由下式估算：从图3可以看到，Halbach结构发电机的空载PF一K。PFGF(1)反电势波形的正弦度要优于其它两种结构。通过反

7、其中，G为铁心重量；K。为由于硅钢片加工、电势波形对径向结构、Halbach结构和环形绕组结磁通密度不均，以及其不随时间正弦变化等原因引构发电机进行计算，得到空载绕组电压有效值分别起损耗增加的系数；P为比损耗，即单位质量的损为130V，126V，127V。耗。2．2电机负载特性由于铁心中轭部和齿部磁通密度分布不同，故当电机负载为额定感性负载时，由于电枢反应各部分铁耗需分别计算。采用场路耦合有限元法计的去磁作用，绕组电势会有所降低，传