三機(jī)無刷勵磁同步發(fā)電機(jī)永磁副勵磁機(jī)設(shè)計原則

盧緒超 張磊 蘇哲 趙瑞來

摘要：本文主要介紹了三機(jī)無刷勵磁同步發(fā)電機(jī)勵磁原理及特點，永磁副勵磁機(jī)優(yōu)點及基本設(shè)計原則。

關(guān)鍵詞：無刷勵磁同步發(fā)電機(jī) 三機(jī)無刷勵磁原理 永磁副勵

磁機(jī)

1 三機(jī)無刷勵磁同步發(fā)電機(jī)勵磁原理及特點

三機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)由交流主勵磁機(jī)、永磁副勵磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流盤三大部分組成。永磁副勵磁機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁極式，主勵磁機(jī)為旋轉(zhuǎn)電樞式。

勵磁電流調(diào)節(jié)過程：

永磁副勵磁機(jī)——可控硅——AVR調(diào)節(jié)器——作為主勵磁機(jī)定子勵磁電流——來調(diào)節(jié)主勵旋轉(zhuǎn)電樞的輸出電流——送至旋轉(zhuǎn)整流盤——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組。

三機(jī)勵磁結(jié)構(gòu)特點：主勵磁機(jī)電樞及其整流裝置與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，給發(fā)電機(jī)提供勵磁電流不需要任何滑環(huán)、換相器、集電環(huán)、炭刷等元件，減少了日常的工作維護(hù)量，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，避免了因炭刷炭粉和銅末對發(fā)電機(jī)繞組引起的絕緣污染，平常運(yùn)行中基本不用對發(fā)電機(jī)本體進(jìn)行任何操作；劣勢在于：勵磁回路沒有專門的滅磁裝置，通過可控硅整流橋逆變實現(xiàn)自然滅磁，滅磁時間相對較長（10s左右），另外，無法用常規(guī)的方法直接測量轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子溫度、監(jiān)視轉(zhuǎn)子回路對地絕緣，監(jiān)視旋轉(zhuǎn)整流橋上的熔斷器等。

2 采用永磁副勵磁機(jī)的優(yōu)勢

永磁副勵磁機(jī)作為主勵磁機(jī)的電源從發(fā)電機(jī)本身的輸出端獲得勵磁電流，經(jīng)過整流后向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流，永磁機(jī)供電電壓穩(wěn)定，不受系統(tǒng)電壓影響，在系統(tǒng)電壓降低時能迅速提供強(qiáng)勵電壓，系統(tǒng)電壓回復(fù)時間短，提高了機(jī)組的穩(wěn)定性。

3 永磁副勵磁機(jī)基本設(shè)計原則

3.1 磁鋼材質(zhì)的選?。簢鴥?nèi)常規(guī)三機(jī)無刷勵磁發(fā)電機(jī)磁

鋼材質(zhì)通常選用釹鐵硼，牌號JNC-35SH，主要驗收性能

Br>1.18T，（BH）max>33MGOe、Hc>10.8kOe， Hcj>20kOe；

釹鐵硼主要成分是Nd2FeB，優(yōu)點：最大磁能積大、剩磁密度高、矯頑力高；不足：居里溫度低、溫度穩(wěn)定性差、最高工作溫度通常為150℃，由于化學(xué)成分中含有大量釹和鐵，易生銹，化學(xué)穩(wěn)定性欠佳，其表面通常需做電鍍處理或磷化處理或噴涂環(huán)氧樹脂以減慢其氧化速度。

釹鐵硼牌號35SH磁性能：

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3.2 極靴材料的選?。涸谕箻O同步電機(jī)結(jié)構(gòu)中，由于氣隙比較大，氣隙波形主要與極靴外形、極弧長度有關(guān)，而與鋼的飽和程度關(guān)系不大，極靴的材料選取主要考慮材料力學(xué)性能，本公司極靴材料采用Q345鋼，極靴外表面采用分段圓弧形，圓弧與鐵芯內(nèi)圓采用不同心設(shè)計。

3.3 永磁副勵磁機(jī)與主勵磁機(jī)的匹配關(guān)系：永磁副勵磁機(jī)的容量根據(jù)主勵磁機(jī)容量及勵磁柜的AVR整流電路進(jìn)行計算選取，以圖1AVR整流電路為例，永磁機(jī)容量計算過程如下：

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圖1 AVR整流電路

由圖1可見：

Un=Ufen×0.742

In=Ifen×0.817

Ufen：交流主勵磁機(jī)額定勵磁電壓

Ifen：交流主勵磁機(jī)額定勵磁電流

Un：永磁副勵磁機(jī)額定線電壓

In：永磁副勵磁機(jī)額定電流

考慮強(qiáng)勵，永磁機(jī)容量選取2倍強(qiáng)勵點時交流主勵磁機(jī)所需最大容量：

即：Pn=■×（0.742×2×Ufen）×（0.817×2×Ifen）

3.4 永磁機(jī)電磁計算過程中關(guān)注：

①定子齒磁密，控制在0.5T～0.8T；

②永磁體的預(yù)估空載工作點一般設(shè)定在0.9左右，計算程序中預(yù)估值與計算值誤差按1%之內(nèi)考核；

③電壓調(diào)整率按10%之內(nèi)進(jìn)行考核。

以上簡要介紹了三機(jī)無刷勵磁同步發(fā)電機(jī)勵磁原理及特點，永磁副勵磁機(jī)優(yōu)點及基本設(shè)計原則，為各企業(yè)在設(shè)計過程中提供參考。

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作者簡介：

盧緒超（1985-），男，2009年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，助理工程師，主要從事發(fā)電機(jī)設(shè)計工作。