径向励磁结构的稀土永磁同步发电机设计方法

    刘景林  李钟明  (西北工业大学西安710072)

    【摘  要】分析具有径向励磁结构的稀土永磁同步发电机的磁路求解和电枢反应计算方法，提出了等效处理的方案。样机实测结果验证了文中所提出的设计方法。

l  引  言

    具有径向励磁结构的稀土永磁同步发电机有着制造工艺简单、体积小、重量轻、出力大、抗去磁能力强、外特性硬等一系列优点，已开始应用于航空航天等军工及民用领域。本文对电机模型进行了分析讨论，并对设计方法加以研究。样机结果表明，取得了满意的结果。

    图1为电机结构简图。定子铁心采用斜槽，绕组为分数槽绕组，可有效地改善电势波形。转子采用瓦片式稀土磁钢激磁，这种结构漏磁较小。磁钢外套护环，以提高可靠性。

2磁路计算

径向励磁结构稀土永磁同步发电机的等值磁路如图2所示，图中，g_a1——转子磁轭

的磁导。g₀₁——转子轭与磁钢间附加气隙的磁导，g_sm——极间漏磁导，g_δ——气隙磁导，g_z——定子齿的磁导，g_a2——定子磁轭的磁导，ф_m——磁路总磁通，ф_u——有效磁通，ф_sm——漏磁通，f_m——磁钢总磁势，f_ad——纵轴电枢反应磁势。

    根据磁路的克希荷夫定律,可得下列方程：

求解可得：

漏磁系数：

空载时，f_ad=0，漏磁系数为：

    当电枢反应呈去磁作用时，f_ad为正。由式(4)、(5)、(6)知，磁钢工作点降低。反之．电枢反应呈助磁作用，f_ad为负，磁钢工作点上升。

根据式(7)可知，漏磁系数为磁路饱和程度和电枢反应的函数，随着电机运行状态的不同而变化。空载时，漏磁系数与附加气隙无关，因为漏磁通与有效磁通均通过附加气隙。而负载时，由于附加气隙的存在，ф_m和ф_u均有不同程度的改变，此时的漏磁系数则与之有关。

3设计求解

具有径向励磁结构的稀土永磁同步发电机的电枢反应示意图如图3所示。

电机采用瓦片式稀土磁钢，其去磁曲线呈线性分布，可逆磁导率保持不变，且μ_r≈μ₀=1。因此，对于纵轴电枢反应磁通，磁钢可近似视为空气。由此可知，磁路磁导基本对称，即

    g_ad=g_aq    (9)

    该电机可等效为隐极电机，即具有凸

极磁极的“隐极”电机，其计算方法与隐极电

机类似。根据发电机的基本方程，可以绘出其

矢量图，如图4所示。

    根据矢量图，可求得发电机的运行特性。

发电机外特性：

发电机输出功率：

外特性如图5所示。设计过程由计算机完成。

4  实例

采用本文设计方法设计的瓦型磁钢激磁的稀土永磁同步发电机磁场分布如图6所示，设计值和测试结果见附表。