永磁同步发电机的运行原理及优化

1.相量图

永磁同步发电机的相量图如图7-6所示。

图7-5 混合式转子磁路结构

1—永磁体 2—槽楔 3—永磁体槽 4—极靴 5—转轴

图7-6 永磁同步发电机的相量图

a）电阻电感性负载 b）电阻电容性负载

图7-6中，为d轴内电动势；为q轴电枢电动势；为负载运行时，气隙合成基波磁通在电枢绕组产生的气隙合成电动势。

2.外特性

在绕线转子绕组的同步电机中，电压调节可以通过调节励磁电流达到。永磁同步发电机不能靠同样方法提供一个恒定电压，当主轴转速和负载电流变化时，端电压的变化如图7-7所示。(www.xing528.com)

3.永磁同步发电机效率

永磁励磁不需要励磁绕组，也没有励磁绕组的电阻损耗，因而效率比励磁绕组的型号要高一些。图7-8所示是永磁同步发电机效率示意图。每个工作点以最大效率运行，可以看出，在一定的转矩值之上，在较宽速度变化范围内，效率曲线平滑，但是一旦转矩下降到临界值之下时，效率迅速下降。

图7-7 12极表面贴磁式PMSG的电压特性

图7-8 永磁同步发电机效率

在这种低速永磁同步发电机中，定子铁耗和机械损耗相对较小，而定子绕组铜耗所占比例较大。为了提高永磁同步发电机的效率，主要是降低定子铜耗，因此，采用较大的定子槽面积和较大的绕组导体截面，把额定电流密度降低。

4.过热保护

在永磁同步发电机的运行中，一个重要问题是必须保持转子温度在磁体最大工作温度之下，而磁体最大工作温度由磁材料的居里点决定，同时也受粉未复合连接材料的热特性的影响。如果电机过热，达到居里温度点，会引起磁极消磁，所以要有效防止电机过热。当发生外部故障时，永磁同步发电机会产生大电流，此时会激发保护系统，避免电机严重损坏。

永磁同步发电机的优点是转子上没有励磁绕组，因此无励磁绕组的铜损耗，发电机的效率高；转子上无集电环，运行更为可靠；缺点是难以用调解磁场的方法控制输出电压和功率因数。在直驱型风力发电机组中，永磁同步发电机的磁极对数往往很多，质量也较大。所以会导致单位功率质量比下降。