宽范围稳压复合励磁同步发电机研究

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1、第2期广东水利水电No．22010年2月GUANGD0NGWATERRESOURCESANDHYDROPOWERFeb．2010宽范围稳压复合励磁同步发电机的研究卿政权(广东省水电集团湖南广水桃江水电开发有限公司，湖南广水413400)摘要：该文研究了一种能在宽转速变化范围内稳压的复合励磁同步发电机。该发电机的定子结构与普通发电机相同，转子由起主发电用的永磁部分和调压用的电励磁部分组成，共在同轴安装，共用同一套电枢绕组。当发电机转速变化时，通过调节电励磁部分的磁场来保证输出电压的稳定。该文对这种电机的结构特点、运行原理

2、进行了分析与研究，通过研制样机进行实验分析，证明了该复合励磁永磁同步发电机在宽转速变化范围内稳压性优良。关键词i复合励磁；宽范围稳压；同步发电机中图分类号：TM351文献标识码：B文章编号：1008—0112(2010)02—0056～03前言永磁同步发电机虽然具有功率密度高、效率高、功率因数高等诸多优点，但电机制成后其气隙磁场无法调节，当转速或负载变化时，这类发电机保持恒压是比较困难的，对于稳定性要求较高的场合，必须采用电力电子变换器调压、双转子或双定子调压等方法⋯。这必将增加成本，降低动态性能。本文研究了一种能在宽

3、转速变化范围内稳压的复合励磁永磁同步发电机，它具有永磁同步发电机与电励磁发电机两者的优点，并且能方便地调节其气隙磁场。当发电机转速发生变化时，通过调节电励磁部分的励磁电流来方便地调节发电机的磁1．转轴；2．电励磁部分转子铁一Ii,；3．电励磁部分励磁绕场，从而维持其输出电压恒定。这种发电机改变了传统组；4．电枢绕组；5电气间隙；6．隔磁板；7．定子铁心；8．的单一电励磁方式或永磁体激磁模式，融合了两者的优永磁体：9．永磁部分转子铁心点，解决了永磁发电机调难的问题。该种发电机电压图1复合励磁同步发电机结构示意调整率很小，

4、负载适应范围宽，过载能力强，能在宽转速励磁部分的磁路是各自独立的j。当原动机的转速或变化范围内保持输出电压恒定，显著地改善了供电品负载等条件变化时，发电机本体端电压随之变化，要保质，提高了供电系统的可靠性。因此，它能广泛地应用持其端电压恒定，需要在电压调节器的作用下给电励磁在汽车供电系统、移动电站和车载电源等领域。辅助发电部分的励磁绕组通入励磁电流来调节气隙磁1复合励磁同步发电机的基本结构与运行原理场。本文研究的复合励磁同步发电机的基本结构如图当发电机运行在额定转速n时，调节励磁电流，1所示，它的定子结构与普通同步发电

5、机的定子结构相且使le=0，此时发电机气隙磁通全部由永磁部分提同，转子由起主要励磁的永磁部分和起辅助励磁的电励供，发电机输出额定电压和额定功率。磁部分构成，其轴向相连、共用同一套电枢绕组。当发电机实际运行速度低于额定转速时，调节励磁复合励磁同步发电机的永磁部分与电励磁部分并电流，且使>0。此时，电励磁部分产生的磁场方向与联提供气隙磁通，若忽略漏磁联系，永磁部分磁路和电永磁部分产生的磁场方向相同，发电机的气隙磁场被增收稿日期：2010—01—14；修回日期：2010—01一】6作者简介：卿政权(1983一)，男，本科，助

6、理程师，从事水电厂机电检修T作。·56·2010年2月第2期卿政权：宽范围稳压复合励磁同步发电机的研究No．2Feb．2010强，其磁通表达式如下：E=4．44K中r1、、踟=+蕊(1)E0：。4．44fNK,~式中为永磁部分产生的基波气隙磁通；为电从(9)、(10)式可知：这种复合励磁同步发电机可励磁部分产生的基波气隙磁通。看成是2台共用同一电枢套绕组、同轴安装的永磁同步当发电机实际运行速度高于额定转速时，调节励磁发电机与电励磁同步发电机的组合。为了简化分析与电流，且使<0。此时，电励磁部分产生的磁场方向与计算，将定

7、子绕组的电阻压降与漏抗压降全部计算在永永磁部分产生的磁场方向相反，发电机的气隙磁场被减磁部分，两部分的相量图分别如图2与图3所示。弱，其磁通m表达式如下：舯=一胁(2)空载时，定子绕组中产生的空载感应电动势为：E。=4．44fNK幽踯(3)负载时，利用双反应理论和叠加原理可得定子绕组的电压平衡方程式：E0=U+jldX+jlqX+，(尺+jX)(4)式中为发电机输出电压；，为负载电流；为直轴电流分量；为交轴电流分量；为直轴电枢反应电抗；Xa为交轴电枢反应电抗；R、分别为定子绕组电阻和漏抗。图2永磁部分的相量示意由(1)

8、～(4)式叮知：当发电机转速或负载变化时，调节电励磁部分励磁电流可调节气隙磁通，进而维持输电压恒定。由于这种发电机的特殊结构，其直轴电枢反应电抗与交轴电枢反应电抗能分成两部分：Xd=xLh+Xmlfn(5)Xml=Xuqe+Xlqi{I式rf1、分别为电励磁部分、永磁部分对应的直轴电枢反应电抗；⋯、分别为电励磁部分、永磁部分对应的