宽范围稳压的组合转子同步发电机
阳朝辉，黄守道，刘娇
(湖南大学，湖南长沙410082)
摘要：研究了一种宽转速范围内稳压的组合转子同步发电机。该发电机的定子结构与普通发电机相同，转子由起主发电用的永磁部分和调压用的电励磁部分组成，他们同轴安装，共用同一套电枢绕组。电励磁部分采用内励磁无刷爪板结构，通过调节其励磁电流来改变气隙磁通大小，从而达到稳压目的。对电机的结构特点、运行原理和电磁设计进行了分析。样机实验分析证明了该种电机在宽转速变化范围内稳压性良好的特点。
关键词：组合转子；爪极结构；电励磁部分；宽转速范围
中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)08-0026—03
0前言
永磁同步发电机结构简单、运行可靠，但电机制成后气隙磁场无法调节。当转速或负载变化时，发电机保持恒压是比较困难的，对于稳定性要求较高的场合，必须采用电力电子变换器调压、双转子或双定子调压等方法，这会增加成本，降低动态性能。本文研究的组合转子发电机有效地解决永磁同步发电机调压困难的难题，在宽转速变化范围内实现了电压的稳定输出。该发电机的定子与普通同步发电机定子结构相同，转子由两部分组成：永磁部分和辅助电励磁部分。当转速变化时，通过调节辅助电励磁部分的磁场就可以调节输出电压，从而使发电机的输出电压保持恒定。
辅助电励磁部分采用内励磁爪极结构，与永磁体部分同轴安装。两个相互交错咬合的法兰盘将励磁线圈产生的轴向磁通转化为径向磁通，实现了整个电机的无刷化。由于解决了永磁发电机电压调节难的问题，这种组合转子同步发电机能广泛应用于各种不同的领域。
1发电机基本结构与原理
本文研究的组合转子同步发电机是通过二极管不可控整流后给负载供电的，因此只需考虑转速变化时稳定电压大小的问题，其结构简图如图1所示。定子结构与普通同步发电机相同，转子由永磁段和电励磁段组成。永磁部分采用切向槽楔式结构，电励磁部分采用无刷爪极结构，从而实现整个电机的无刷化，提高了电机的可靠性。
当发电机在额定转速下运行时，通过与发电机配套设计的数字励磁调节器自动调节励磁电流Ie，且使Ie=0，此时只有永磁部分发电，输出额定电压。当发电机在低速区运行时，调节励磁电流大小，且使Ie>O，此时电励磁部分产生的气隙磁通与永磁部分产生的气隙磁通同向，使得发电机气隙总磁通增加，从而保证发电机输出电压稳定。这时整台发电机可以看成是一台永磁发电机与一台电励磁爪极发电机串联发电，只是他们问的电压串联是在电枢绕组中的每根导条中实现的。当发电机运行在高速区时，调节Ie且使Ie<O，此时电励磁部分产生的气隙磁通与永磁部分产生的气隙磁通方向相反，使得发电机气隙总磁通减少，从而维持发电机输出电压恒定。这时仍然可把发电机分成两部分来分析，永磁部分仍作发电机运行，但电励磁部分作电动机运行。这时做发电机运行的永磁部分一方面给负载供电，另一方面给作电动机运行的电励磁部分供电。而作电动机运行的电励磁部分又反过来与外部输入转矩一起驱动永磁部分发电。
当电机在对称负载下运行时，根据双反应理论与叠加原理可写出电压平衡方程：
式中：E。——空载电动势，
E0=4．44fNKdp(Φδ0m+Φδ0e)；
u——发电机输出电压；
R——电枢绕组电阻；
Id、Iq——电枢电流直轴与交轴分量；
Xad、Xaq——直轴、交轴电枢反应电抗；
X1、N——漏抗与每相串联匝数；
Φδ0m——永磁部分提供的气隙基波磁通；
Φδe——电励磁部分提供的气隙基波磁通。
从上述式子可以看出，当转速变化时，调节电励磁部分的磁通， |
