永磁发电机工作原理和结构图
发布时间：2024-06-02 点击：178
永磁发电机工作原理和结构图
永磁发电机（permanent magnet generator简称pgm）具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，在康明斯发电机组产品上具有很高的应用价值。永磁同步发电机得到较快发展，特别是在柴油发电机组中开始逐步取代最常用的交流无刷发电机，由于永磁同步发电机的性能优越，目前来看是一种很有前途的节能电机。康明斯公司在本文重点介绍了永磁发电机工作原理、结构特点、特性曲线和数学建模等相关知识以及计算方程式。
永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。
一、结构与特点
1、永磁同步发电机结构
永磁同步发电机分为正弦波驱动电流的永磁同步发电机和方波驱动电流的永磁同步发电机。这里介绍的主要是以三相正弦波驱动的永磁同步发电机。
图1永磁同步发电机的结构示意图
永磁发电机的主要是由转子、端盖及定子等各部件组成。其定子结构与普通的交流发电机的结构非常相似，转子结构与交流发电机的最大不同是在转子上放有高质量的永磁体磁极，根据在转子上安放永磁体的位置的不同，永磁发电机通常被分为表面式转子结构和内置式转子结构。
图2 永磁发电机表面嵌入式转子结构图
图3 永磁发电机内置式转子结构图
2、永磁同步发电机的特点
优点：
（1）用永磁体取代绕线式同步发电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，以电子换向实现无刷运行，结构简单，运行可靠；
（2）永磁同步发电机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制发电机的转速；
（3）永磁同步发电机具有较硬的机械特性，对于因负载的变化而引起的发电机转矩的扰动具有较强的承受能力；
（4）永磁发电机转子为永久磁铁无需励磁，因此发电机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽；
（5）永磁同步发电机与异步发电机相比，不需要无功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜耗小，效率高；
（6）体积小、重量轻。
（7）结构多样化，应用范围广。
缺点：
（1）由于永磁同步发电机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加发电机的铜耗；
（2）永磁发电机的磁钢价格较高。
二、运行原理与特性
1、电枢反应
永磁同步发电机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的。电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场波形发生畸变，而且还会产生去磁或增磁作用，因此，气隙磁场将影响永磁同步发电机的运行特性。
2、电压方程式
忽略磁饱和效应的影响，永磁同步发电机的电压方程式为
式中，
u——为电枢端电压；
e0——为励磁电动势；
iα——为电枢电流；
id——为电枢电流在d轴的分量；
iq——为电枢电流在q轴的分量；
rα——为电枢绕组电阻；
xd——为直轴同步电抗；
xq——为交轴同步电抗。
3、功率与转矩
当永磁同步发电机具有滞后功率因数并考虑电枢电阻的影响，发电机从电网输入的电功率为
式中，cosφ——为发电机的功率角。
发电机的电磁功率为：
ρe=ρ1-ρcuα
式中，ρcuα——为发电机的电枢绕组铜耗。
如果忽略电枢电阻的影响，则
上式的前半部分称为基本电磁功率，由永磁磁场与电枢磁场相互作用产生；后半部分因凸极效应产生，称为附加电磁功率或磁阻功率。
电磁功率与功率角的关系称为永磁同步发电机的功角特性。
4、运行特性
永磁同步发电机的运行特性主要是机械特性和工作特性。
（1）机械特性
为平行于横轴的直线，调节电源频率来调节发电机转速时，转速将严格地与频率成正比例变化。
（2）工作特性
指当电源电压恒定时，发电机的输入功率、电枢电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系。
图4 永磁同步发电机机械特性曲线图
图5 永磁同步发电机工作特性曲线图
三、发电机的数学模型
1、假定：
（1）磁路不饱和，发电机电感不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗；
（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响；
（3）发电机的反电动势是正弦的；
（4）发电机各相绕组电阻相等；
（5）转子上无阻尼绕组，永磁体也没有阻尼作用。
2、静止坐标
图6 发电机静止三相坐标图
三相绕组的静止坐标系(abc)电压方程为：
通过坐标变换，可以将永磁同步发电机在abc三相静止坐标系下的电压电流量变换到转子坐标系下。由此可以得：
电磁转矩方程为：
与定子磁链空间矢量同相， 且定子磁链与永磁体产生的气隙磁场间的空间角度，则
下式代入上式得到：
由上式可以看出，永磁同步发电机输出转矩中包含两个分量，第一项是由两磁场互相作用所产生的电磁转矩，第二项是由凸极效应引起，并与两轴电感参数的差值成正比的磁阻转矩。
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租赁发电机组能带来哪些好处
发电机配件_易损件_备品备件及专用工具有哪些
柴油发电机停运后封存需要做哪些工作
集装箱式800KW潍柴柴油发电机组防雨降噪
影响柴油发电机组容量选择的因素
柴油发电机组需要定期维护的几个部位
永磁发电机（permanent magnet generator简称pgm）具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，在康明斯发电机组产品上具有很高的应用价值。永磁同步发电机得到较快发展，特别是在柴油发电机组中开始逐步取代最常用的交流无刷发电机，由于永磁同步发电机的性能优越，目前来看是一种很有前途的节能电机。康明斯公司在本文重点介绍了永磁发电机工作原理、结构特点、特性曲线和数学建模等相关知识以及计算方程式。
永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。
一、结构与特点
1、永磁同步发电机结构
永磁同步发电机分为正弦波驱动电流的永磁同步发电机和方波驱动电流的永磁同步发电机。这里介绍的主要是以三相正弦波驱动的永磁同步发电机。
图1永磁同步发电机的结构示意图
永磁发电机的主要是由转子、端盖及定子等各部件组成。其定子结构与普通的交流发电机的结构非常相似，转子结构与交流发电机的最大不同是在转子上放有高质量的永磁体磁极，根据在转子上安放永磁体的位置的不同，永磁发电机通常被分为表面式转子结构和内置式转子结构。
图2 永磁发电机表面嵌入式转子结构图
图3 永磁发电机内置式转子结构图
2、永磁同步发电机的特点
优点：
（1）用永磁体取代绕线式同步发电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，以电子换向实现无刷运行，结构简单，运行可靠；
（2）永磁同步发电机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制发电机的转速；
（3）永磁同步发电机具有较硬的机械特性，对于因负载的变化而引起的发电机转矩的扰动具有较强的承受能力；
（4）永磁发电机转子为永久磁铁无需励磁，因此发电机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽；
（5）永磁同步发电机与异步发电机相比，不需要无功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜耗小，效率高；
（6）体积小、重量轻。
（7）结构多样化，应用范围广。
缺点：
（1）由于永磁同步发电机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加发电机的铜耗；
（2）永磁发电机的磁钢价格较高。
二、运行原理与特性
1、电枢反应
永磁同步发电机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的。电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场波形发生畸变，而且还会产生去磁或增磁作用，因此，气隙磁场将影响永磁同步发电机的运行特性。
2、电压方程式
忽略磁饱和效应的影响，永磁同步发电机的电压方程式为
式中，
u——为电枢端电压；
e0——为励磁电动势；
iα——为电枢电流；
id——为电枢电流在d轴的分量；
iq——为电枢电流在q轴的分量；
rα——为电枢绕组电阻；
xd——为直轴同步电抗；
xq——为交轴同步电抗。
3、功率与转矩
当永磁同步发电机具有滞后功率因数并考虑电枢电阻的影响，发电机从电网输入的电功率为
式中，cosφ——为发电机的功率角。
发电机的电磁功率为：
ρe=ρ1-ρcuα
式中，ρcuα——为发电机的电枢绕组铜耗。
如果忽略电枢电阻的影响，则
上式的前半部分称为基本电磁功率，由永磁磁场与电枢磁场相互作用产生；后半部分因凸极效应产生，称为附加电磁功率或磁阻功率。
电磁功率与功率角的关系称为永磁同步发电机的功角特性。
4、运行特性
永磁同步发电机的运行特性主要是机械特性和工作特性。
（1）机械特性
为平行于横轴的直线，调节电源频率来调节发电机转速时，转速将严格地与频率成正比例变化。
（2）工作特性
指当电源电压恒定时，发电机的输入功率、电枢电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系。
图4 永磁同步发电机机械特性曲线图
图5 永磁同步发电机工作特性曲线图
三、发电机的数学模型
1、假定：
（1）磁路不饱和，发电机电感不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗；
（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响；
（3）发电机的反电动势是正弦的；
（4）发电机各相绕组电阻相等；
（5）转子上无阻尼绕组，永磁体也没有阻尼作用。
2、静止坐标
图6 发电机静止三相坐标图
三相绕组的静止坐标系(abc)电压方程为：
通过坐标变换，可以将永磁同步发电机在abc三相静止坐标系下的电压电流量变换到转子坐标系下。由此可以得：
电磁转矩方程为：
与定子磁链空间矢量同相， 且定子磁链与永磁体产生的气隙磁场间的空间角度，则
下式代入上式得到：
由上式可以看出，永磁同步发电机输出转矩中包含两个分量，第一项是由两磁场互相作用所产生的电磁转矩，第二项是由凸极效应引起，并与两轴电感参数的差值成正比的磁阻转矩。
发电机自动调频调载装置是怎么运算的
发电机厂家教你检查柴油发电机组进气系统漏气问题
租赁发电机组能带来哪些好处
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