同步电机之永磁同步发电机

    同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n一ns一60f / p，其中n，为同步转速，p为极对数。现代社会中使用的交流电能几乎全部是由同步发电机产生的。永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与普通同步发电机的主要不同之处在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：

( l）省去了励磁绕组、磁极铁心和电刷一集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。

( 2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，取消了电刷一滑环结构，减小了机械摩擦损耗，效率高。

( 3）采用稀土永磁时，气隙磁密高，功率密度高，体积小，质量轻。

( 4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。

( 5）普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率；永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成之后，难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率。

( 6）永磁同步发电机通常采用钦铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。

目前，永磁同步发电机的应用领域非常广阔，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在许多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。

目前，关于永磁同步发电机的许多研究集中在输出电压调节方面，主要有两大类方法：一是采用电励磁和永磁励磁并存的混合励磁方式，通过调节电励磁绕组中的电流对气隙磁场进行调节；二是采用电力电子技术对输出电压等进行调节。这两种方法都会使发电机的结构趋于复杂、成本增加、可靠性降低，目前还没有理想的输出电压调节方法。无论如何，输出电压调节问题的解决，必将使永磁同步发电机的应用范围更加广阔。永磁同步发电机的结构和工作原理

    一、永磁同步发电机的结构

与普通交流电机一样，永磁同步发电机也由定子和转子两部分组成，定转子之间有空气隙。图9一1为典型永磁同步发电机的结构示意图。永磁同步发电机的定子铁心通常由0 . 5～厚的硅钢片制成以减小铁耗，上面冲有均匀分布的槽，槽内放置三相对称绕组。定子槽形通常采用与永磁同步电动机相同的半闭口槽。而成。铁心；表面式和内置式两种。表面式转子结构的永磁体固定在为有效地削弱齿谐波电动势和齿槽转矩，通常采用定子斜槽。定子绕组通常由圆铜线绕制而成，为减少输出电压中的谐波含量，大多采用双层短距和星形接法，小功率电机中也有采用单层绕组的，特殊场合也有采用正弦绕组的。

由于永磁同步发电机不需要起动绕组，转子结构比异步起动永磁同步电动机简单，有较充足的空间放置永磁体。转子通常由转子铁心和永磁体组成。转子铁心既可以由硅钢片叠压而成，也可是整块钢加工根据永磁体放置位置的不同，将转子磁极结构分为转子铁心的表面，结构简单，易于制造。内置式转子结构的永磁体位于转子铁心内部，不直接面对空气隙，转子铁心对永磁体有一定的保护作用，转子磁路的不对称产生磁阻转矩，相对于表面式结构可以产生更强的气隙磁场，有助于提高电机的过载能力和功率密度，但转子内部漏磁较大，需要采取一定的隔磁措施，转子结构和加工工艺复杂，且永磁体用量多。