混合励磁永磁发电机设计与性能分析

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1、永磁电机混合励磁永磁发电机的设计与性能分析王惠军刘剑峰刘西全姚丽2林岩2(1．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京1001912．丹佛斯(天津)有限公司，天津301700)摘要为了降低永磁发电机的电压调整率，本文研究了一种混合励磁永磁发电机。在详细分析其结构与工作原理的基础上，给出设计该种发电机的设计数学模型。同时，利用三维有限元软件进行分析。最后，设计并加工了一台7。5kW样机，从试验结果来看，通过调节电励磁电流，气隙磁通具有较好的调节特性，从而获得较低电压调整率。关键词：混合；永磁；发电机；设计DesignandPerformanceAna

2、lysisofHybridExcitationPermanentMagnetSynchronousGeneratorWangHuijunlLiuJianfengiLiuXiquanIYaoLi2LinYan2(1．BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics．SchoolofInstrumentationScienceandOpto-electronicsEngineering，Beijing100191；2．Danfoss(Tianjin)Ltd，Tianjin301700)AbstractAnovelhyb

3、ridexcitationpermanentmagnetgeneratorwithadjustableairgapfluxisinvestigated．Theproposedstructureandcontrolprinciplearedescribedindetailanddesignequationsarecompletelyderived．Byusing3一Dfiniteelementanalysis，theelectromagneticdistributionandtheperformanceevaluationarecarriedout．A7

4、．5kWprototypegeneratorismanufacturedandtested．Thecalculateddataarecomparedwiththeexperimentaldata．Itisobviousthattheproposedstructuregeneratorhasgoodregulationcharacteristicbymeansofvariationofdcfieldcurrent．Keywords：hybrid；permanentmagnet；generator；design稀土永磁电机由于是永磁体励磁，没有励磁损磁磁极

5、交互排列的混合结构，但由于铁磁极与永磁耗，因此效率高于电励磁电机，而且具有结构简单、极长度一样，导致功率密度较低。可靠性高等一系列优点，从而在许多工业领域得到因此，本文提出了一种气隙磁通可调节的混合了应用。在发电机运行中为了保持电压不变，需要励磁发电机结构。这种发电机气隙磁场包括两部分：进行电压调节，对于永磁发电机来说，转速的变化主要部分由永磁体建立，称为永磁主发电机部分；或负载电流的变化会造成输出电压的变动，但由于电压调节所需要的磁场变化部分由辅助的电励磁绕永磁电机的气隙磁场是由永磁体和磁路磁导决定组来实现，称为辅助发电机或辅助电励磁部分，两的，调节

6、气隙磁场困难而导致电压调节困难，从而部分共有一套电枢绕组。在深入分析其结构与原理阻碍了永磁发电机的发展和应用[131。因此开发一种的基础上，建立了其电磁数学模型。同时，利用三综合这两种电机的优点又能克服其缺陷的发电机维有限元分析软件对其磁场分布与调节特性进行研——混合励磁永磁同步发电机，无疑是有意义的。究。最后，通过一台7．5kw的样机的试验结果验证近年来，国内外学着对混合励磁发电机结构进了其结构的合理性。行了深入的研究。文献[4]提出了多种交流与直流混1结构及原理合的电机结构，但其磁路较长，并且有较大的漏磁通。文献[5．7]提出了各种各样的混合励磁结

7、构，但图1是提出的混合励磁发电机结构。从该图可结构均都比较复杂。文献[8]提出了一种铁磁极与永以看出，定子电枢绕组为三相对称绕组。定子被环8l电唏技礅2o11年第11期永磁电机对于区域1和3，其磁路等效可参考常规表贴=2～N=2⋯s=N刚d』d(8J式永磁发电机。发电机的调节特性主要取决于区域相对应的铁磁极表面的气隙磁通可表示为2，其磁通分为永磁和电励磁两部分。因此，区域2Bg2KDCNfieid／field‘9)iron：+的等效磁路如图6所示。因此，区域2部分总的合成磁通及磁密可表示为_I㈣=：+(10)-：++rcuit+Il翔B一：=：：±垒：

8、(1l1)盆鲨==§■■●l●’g2_PM+2啪nI畦l／图7是3D有限元分析和磁路分析模型的