中小型永磁发电机电压调整率分析与优化设计

摘要

随着永磁材料的发展，永磁发电机的应用越来越广泛，它由永磁体励磁，取消了励磁绕组、集电环和电刷，结构变得简单，运行更加可靠。然而，永磁同步发电机不能像电励磁发电机那样通过调节励磁磁场来控制其输出电压和功率因数。据此需要深入研究永磁同步发电机的参数对电压调整率的影响。本文即针对中小型永磁同步发电机的电压调整率及其优化设计进行了相关的研究工作。
　　本文首先从三相永磁发电机入手，基于双反应理论建立电机外特性的数学计算模型，分析了性能参数（包括电枢电阻、电枢漏抗、交直轴电枢反应电抗）对电压调整率的影响，而性能参数的调节最终还是依靠电机结构的调整，对影响较大的电机结构参数作了定性分析。为了方便计算电机的性能参数，基于简化磁路法，采用Visual Basic语言编写了仿真平台，该平台界面简洁、能够根据电机结构较准确的计算电机性能参数。然后，提出了电机的优化设计流程，以两台小型发电机为计算实例，应用编写的仿真平台及优化设计方法对电机进行优化设计，尽量降低其电压调整率，同时采用二维瞬态电磁场有限元仿真、实验对计算结果进行了对比验证。之后，对单相永磁发电机阻尼绕组对负序磁场的削弱作用进行了分析，相应修改了仿真平台以便应用于单相电机，在阻尼绕组对负序磁场的强削弱前提下，借鉴三相电机的优化设计方法，以两台中小型样机为例，对样机进行了优化设计。