永磁同步发电机运行特性及调节性能分析

永磁同步发电机的运行特性包括外特性和效率特性。根据这些特性可以确定发电机的电压调整率和额定效率，这些都是标志永磁同步发电机性能的基本数据。

1.外特性

永磁同步发电机的外特性是当n=ns、cosφ为常数时端电压与负载电流之间的关系曲线U=f（I）。

图6-35为带有不同功率因数负载时永磁同步发电机的外特性曲线。带感性负载和纯电阻负载时，外特性曲线为下降趋势，这是由电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降引起的。带容性负载且内功率因数角为超前时，由于电枢反应的助磁作用和容性电流的漏阻抗压降上升，外特性曲线可能是上升趋势。

从外特性曲线可以求出发电机的电压调整率，如图6-36所示。调节负载使发电机工作在额定工况，卸去负载后读取空载电动势E0，则发电机的电压调整率Δu为

式中　UN——发电机额定电压。

电压调整率是同步发电机的重要性能指标之一，过高的电压调整率将对用电设备的运行产生较大影响。与普通同步发电机相比，永磁同步发电机的电枢反应去磁作用较小，外特性曲线下降小，因此电压调整率较小。永磁同步发电机的励磁难以调节，如何减小电压调整率是永磁同步发电机设计的重要问题之一。

图6-35　永磁同步发电机的外特性曲线

图6-36　由外特性求电压调整率曲线(www.xing528.com)

由图6-34可得到永磁同步发电机的输出电压。对于感性负载，额定负载时的输出电压为

其中

式中　ΦδN——额定负载时的每极气隙合成磁通。

从式（6-17）可以看出，影响电压调整率的既有外部负载因素，也有电机内部参数，其中以电枢反应电抗对电压调整率的影响最大。当发电机带感性负载且功率因数一定时，减小直轴电枢反应电抗和电枢绕组电阻、增大交轴电枢反应电抗都可以降低电压调整率。因此，在进行永磁同步发电机设计时应从以下两方面入手：

（1）削弱电枢反应的去磁作用，此时需要增大永磁体充磁方向的长度。

（2）减少绕组匝数以减小电阻和电抗，这就需要增加永磁体产生的磁通量，即增大永磁体面积。

2.效率特性

效率特性是发电机在n=ns、U=UN、cosφ为常数时发电机的效率与输出功率之间的关系曲线η=f（P2）。

和其他电机一样，永磁同步发电机的效率可以用直接负载法或损耗分析法求出。永磁同步发电机的损耗可分为基本损耗和杂散损耗两部分。基本损耗包括电枢的基本铁耗pFe、电枢的基本铜耗pCu和机械损耗pmec。电枢基本铁耗是指主磁通在电枢铁芯齿部和轭部交变所引起的损耗。电枢基本铜耗是换算到基准工作温度时电枢绕组的直流电阻损耗。机械损耗包括轴承的摩擦损耗和通风损耗。杂散损耗包括电枢漏磁通在电枢绕组和其他金属结构部件中所引起的涡流损耗。总损耗∑p求出后，效率即可确定为