永磁同步发电机基本原理及其应用

从6.2节可见，永磁同步发电机是由定子与转子两部分组成，定子、转子之间有气隙。永磁同步发电机的定子与普通交流电机相同，转子采用永磁材料。其主磁通路径如图6-28所示。

图6-28　永磁同步发电机主磁通路径

图6-29（a）为一台两极永磁同步发电机，定子三相绕组用3个线圈AX、BY、CZ表示，转子由原动机拖动以转速ns旋转，永磁磁极产生旋转的气隙磁场，其基波为正弦分布，其气隙磁密为

式中　B1——气隙磁密的幅值；

θ——距坐标原点的电角度，坐标原点取转子两个磁极之间中心线的位置。

图6-29　两极永磁同步发电机

在图6-29（a）位置瞬间，基波磁场与各线圈的相对位置如图6-29（b）所示。定子导体切割该旋转磁场产生感应电动势，根据感应电动势公式e=Blv可知，导体中的感应电动势e将正比于气隙磁密B，其中l为导体在磁场中的有效长度。基波磁场旋转时，磁场与导体间产生相对运动且在不同瞬间磁场以不同的气隙磁密B切割导体，在导体中感应出与磁密成正比的感应电动势。设导体切割N极磁场时感应电动势为正，切割S极磁场时感应电动势为负，则导体内感应电动势是一个交流电动势。

对于A相绕组，线圈的两个导体边相互串联，其产生的感应电动势大小相等，方向相反，为一个线圈边内感应电动势的2倍（短距绕组需要乘短距系数，见第3章）。将转子的转速用每秒钟内转过的电弧度ω表示，ω称为角频率。在时间0～t内，主极磁场转过的电角度θ=ωt，则A相绕组的感应电动势瞬时值为(www.xing528.com)

式中　E1——感应电动势的有效值。

三相对称情况下，B、C相绕组的感应电动势大小与A相相等，相位分别滞后于A相绕组的感应电动势120°和240°电角度，即

可以看出，永磁磁场在三相对称绕组中产生三相对称感应电动势。关于定子绕组中感应电动势的详细计算可参照第2章。

导体中感应电动势的频率与转子的转速和极对数有关。若电机为两极电机，转子转1周，感应电动势交变1次，设转子每分钟转ns周，则导体中电动势交变的频率应为f=ns/60。若电机有p对极，则转子每旋转1周，感应电动势将交变p次，感应电动势的频率为

在我国，工业用电的标准频率为50Hz，所以ns为

若发电机接三相对称负载，则在定子三相对称绕组中产生三相对称电流，进而产生三相基波合成磁场。该三相基波合成磁场以转速旋转，旋转方向取决于三相电流的相序，由电流超前的相绕组轴线向电流滞后的相绕组轴线转动。可以看出，三相基波合成磁场与永磁磁极产生的基波磁场转速相等、转向相同、相对静止，产生恒定的电磁转矩。电磁转矩与转子上的驱动转矩方向相反，为制动性质。