組合勵磁稀土永磁同步發電機的設計研究
科技專論
作者：石豔
【摘要】稀土永磁發電機是一種結構簡單，工作效率高、工作穩定性較強的發電機，在諸多領域都有著極為廣泛的應用，但是稀土永磁發電機電壓調節困難的問題一直得不到有效的改善，在很大程度上製約了其推廣。針對稀土永磁同步發電機存在的調壓問題，本研究采用組合勵磁的方式在一定程度上解決了其調壓問題。本文就簡單介紹組合勵磁稀土永磁同步發電機的基本結構、工作原理以及其運行的特點，希望能夠對廣大同行起到借鑒與參考的作用。
【關鍵詞】組合勵磁；稀土；永磁同步發電機；設計
前言
電勵磁主發電機、交流勵磁機、永磁副勵磁機以及旋轉整流器共同構成的三級無刷交流同步發電機已經在恒頻交流電源係統中得到了極為廣泛的應用，三級無刷交流同步發電機作為電勵磁同步發電機的一種以其結構簡單的優勢受到了業界的廣泛青睞。稀土永磁發電機利用永久磁鋼勵磁，不會出現勵磁損耗，因此其工作效率明顯的優於其他發電機組，另外，稀土永磁同步發電機結構簡單，工作持續性強，推動了工業領域的發展。隨著研究工作的不斷深入，整合電勵磁同步發電機與稀土永磁同步發電機構成的組合勵磁稀土永磁同步發電機不僅實現了係統無刷化，而且具備了永磁發電機高效率的特點，最重要的是解決了稀土永磁同步發電機調壓困難的問題，具有極高的推廣價值。
一、組合勵磁稀土永磁同步發電機的基本結構
組合勵磁稀土永磁同步發電機隻有一個電樞繞組結構，由永磁主發電機部分以及輔助電勵磁部分共用，但是由於永磁主發電機部分與輔助電磁部分的區別，會在電樞繞組中產生不同的感應電勢，即靠近永磁主發電機部分的電樞繞組由永久磁鋼產生磁勢，然後通過電壓的調節使得輔助電磁部分建立磁勢。在電樞繞組兩端的磁勢隻會在各自的磁路上存在，形成兩個獨立的氣隙磁場。組合勵磁稀土永磁同步發電機與傳統的電勵磁發電機定子的結構基本上不存在較大的差異，主發電機的轉子結構也與普通永磁同步發電機的基本結構無異。組合勵磁稀土永磁同步發電機支架內的圓筒主要將轉子軸與氣隙相結合，然後固定在定子端蓋上，通過與水平磁極相配合進而起到良好的固定作用。支架的材料主要是導磁材料，可以很好的固定勵磁繞組。勵磁繞組工作能量主要由發動機的電樞繞組供給，為了保證勵磁繞組中的電流可以根據實際情況變動，可以適當的調節電壓，在固定電阻的作用下實現電流的小幅度波動，進而控製磁場作用力的方向與強弱。
二、組合勵磁稀土永磁同步發電機的運行原理
從結構上來看，組合勵磁稀土永磁同步發電機分為主發電機定子繞組以及輔助電勵磁定子繞組，定子繞組總感應電勢即主發電機定子繞組感應電勢與輔助電勵磁發電機定子繞組感應電勢之和。一般來說，在發電機一端，電壓級數會隨著發電機整體負載電流的上升而顯著下降，如果發電機整體負載電流有所下降，那麼發電機電壓級數會明顯上升。另外，我們可以將不同發電機定子繞組上形成的感應電勢看做是一組平行的曲線，如果發電機在空載的情況下感應電勢上升，那麼該電勢曲線就會隨之抬高，如果空載情況下感應電勢有所下降，那麼該電勢曲線就會相應的下移。所以說，為了保證發電機端電壓的穩定，就需要在負載電流變化的時候及時的調整輔助電勵磁部分磁場強度，使其感應電勢發生變動，使得定子繞組總感應電勢變化，最終實現發動機端電壓的穩定。