稀土永磁材料在小型同步發(fā)電機中應(yīng)用的可行性

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1、維普資訊http://www.cqvip.coml992年磁能應(yīng)用技術(shù)第3期稀土永磁材料在小型同步發(fā)電機中?‘r應(yīng)用的可行性．柳玉敬趙書博／--●______--●●●一_。______-______(哈爾濱工業(yè)大學(xué)電機教研室)摘要：稀土永磁材料在小型同步術(shù)上，還是在經(jīng)濟上都是可行的，必將獲彳{c速發(fā)展。關(guān)鍵詞：、電，一弓機一一、引言～盥永磁材料是一種新興的重要的應(yīng)電工材料，一它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，并且隨著其迅速用一發(fā)展將更為廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防和民用等領(lǐng)域。近幾年來，稀土永磁的出現(xiàn)和發(fā)展引起了

2、電機行業(yè)的巨大變革，從全不世界來看，～永磁電機是永磁材料的最大用戶。盡管如此，目前永磁材料仍主要是在微型電機中應(yīng)用，其分析，設(shè)計和制造等都已經(jīng)基本成熟。微型永磁電機的優(yōu)點是性能好、損耗少、體積小和成本低。對中小型發(fā)電機，如能采用永磁材料，節(jié)能的潛力將很大，但由于電機的容量較大，永磁材料的用量很多，這將增加電機成本，并可能帶來一些技術(shù)問題。隨著我國各行業(yè)生產(chǎn)的擴大，能源短缺的問題越來越尖銳，節(jié)能已經(jīng)變得非常迫切。提高普遍應(yīng)用的中小型發(fā)電機的效率是一個重要手段，用永磁體代替電勵磁裝置可以消除勵磁損耗，

3、發(fā)電機的效率可提高2％一3，節(jié)能的、效果是相當可觀的，但節(jié)能的收益是否能抵過成本的增加?更為重要的是小型永磁同步發(fā)電機在技術(shù)上是否可行(如結(jié)構(gòu)和電壓變化率等)?本文將在這個方面做些探討．二、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的選擇由于永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子上沒有勵磁繞組、整流器件和滑環(huán)裝置等，因而結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。轉(zhuǎn)子采用的結(jié)構(gòu)形式不同，其電機的性能也不同，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式主要有：圓柱形轉(zhuǎn)子、星形無極靴轉(zhuǎn)子、星形有極靴轉(zhuǎn)子和爪極式轉(zhuǎn)子等，如圖l所示。圓柱形轉(zhuǎn)子磁鋼利用率較低，但結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，多用于微型發(fā)電機。在星

4、形有極靴轉(zhuǎn)子和爪極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，各極靴和各爪極之間的漏磁較大，在1．35—1．45之間，此縱軸電樞反速去磁作用小，有利于減小電壓變化率，這兩種結(jié)構(gòu)適用于容量稍大的同步發(fā)電機。上面介紹的幾種轉(zhuǎn)子形式比較適合鐵氧體、鋁鎳鉆等永磁材料．前三種型式屬于徑向磁化．．后一種則屬于軸向磁化，當采用高磁能移I、高矯頑力的稀土合金永磁材料時，為了減小電機體積，應(yīng)盡量增大氣隙磁蓉，這將造成磁鋼工作點升高，偏離最大磁能積13維普資訊http://www.cqvip.coml21一水磁體2一非導(dǎo)磁體3一轉(zhuǎn)軸4一極靴5一爪

5、極圖1、永磁同步發(fā)電機的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，磁．鈉3的4利用軍下降，見圖2。I?！?一．2圣^———．==，‘：!。()網(wǎng)往形轉(zhuǎn)．’Ib】無極靴星肜轉(zhuǎn)圖2、徑向磁化與切向磁化的磁鋼工作點改進的有效方法是采用切向磁化結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在相同的轉(zhuǎn)子體積下，磁荊的‘耐4毫鼉冀子8稿秘干1一永磁體2一軟磁體3一非導(dǎo)磁體4一轉(zhuǎn)軸1圖3切向式永磁轉(zhuǎn)子橫截面積大于徑向磁化結(jié)構(gòu)，每極氣隙磁通不變的話，磁{1q工作磁密下降，工作點接近最大磁能積點，參見圖2。切向式結(jié)構(gòu)相當予磁極并聯(lián)，所以義稱為并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)。在我們設(shè)計的

6、9OKW永磁同步發(fā)電機巾，采用聞背吉林八一．七_廠生產(chǎn)的合金釹鐵硼(．NTp一240)永磁材料，電機氣隙最大磁密~888oGS，．永磁材料用量為4400cm。豆少于徑阿武結(jié)構(gòu)，電機積小于同功率的電勵磁同步發(fā)電機。‘l4維普資訊http://www.cqvip.com三、電壓變化率的調(diào)整發(fā)電機的電壓變化率定義為TT。。、，一△U=旦×l00％(1)UN～其中E。一空載I勢(V)’U一額定電壓(V)電壓變fl二率是發(fā)電機的一個重要技術(shù)指標。在電磁式同步發(fā)電機巾，當負載變化時，，可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來維

7、持輸出電壓不變；但在永磁式同步發(fā)電機中，主磁場是由永磁體產(chǎn)生的，其大小僅與電機的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)，不能人為的調(diào)節(jié)，造成水磁同步發(fā)電機的電壓變化率較大。下面討論如l可在電機的沒計中，減小電壓變化率。l、磁鋼厚度對電壓變化率的影響當磁鋼的面積不變時，增加磁鋼厚度會使磁鋼的去磁線斜率變小(見圖4)，那么，對于相同的電樞眨應(yīng)的直軸去磁磁勢，電機由空載到負載，磁通的相對變化率將小于薄磁鋼時的變化率，因為電樞感應(yīng)電勢與磁通成正比，即有一—l＼壘AE＼△E一／一’—一／一]一≮(2)從物理上看，磁嗣變厚相當于去磁

8、磁路的磁導(dǎo)變小，去磁磁通變小，電壓變化率相應(yīng)t}l變小。圖4、磁釧厚度對電變化率的影響．2、磁路飽和程度對電壓變化率的影響●一．·他和◆．蓁翼裹蕤薹曩圖5飽fu程{、f電壓變化犖刊：旬行勵磁，電樞眨應(yīng)的直軸分量較大，去磁維普資訊http://www.cqvip.com