永磁-感應(yīng)子式混合勵磁發(fā)電機(jī)電磁場計(jì)算及運(yùn)行特性分析.pdf

1、永磁發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、無勵磁損耗等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電壓隨負(fù)載或轉(zhuǎn)速的波動較大的不足限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用?；旌蟿畲虐l(fā)電機(jī)兼顧了永磁發(fā)電機(jī)體積小、效率高的特點(diǎn)，又具有電勵磁發(fā)電機(jī)輸出電壓可調(diào)的特性，近年來發(fā)展較快。永磁-感應(yīng)子式混合勵磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、永磁磁路與電勵磁磁路相互獨(dú)立、無電刷和滑環(huán)裝置，該電機(jī)具有較好的應(yīng)用前景。但是，永磁-感應(yīng)子式混合勵磁發(fā)電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算有其特殊性，目前對該電機(jī)的研究較少，還沒有

2、形成體系。本文以永磁-感應(yīng)子式混合勵磁發(fā)電機(jī)為對象，對該電機(jī)的電磁場計(jì)算、電感參數(shù)計(jì)算與分析、運(yùn)行特性分析、損耗及溫度場計(jì)算與分析等問題進(jìn)行了深入的研究。
　　分別采用二維和三維有限元法對發(fā)電機(jī)永磁部分和感應(yīng)子部分的電磁場進(jìn)行了計(jì)算，揭示了兩部分磁場的分布規(guī)律。針對三維電磁場計(jì)算量大的問題，建立了感應(yīng)子部分的二維等效模型，分析了轉(zhuǎn)子齒槽尺寸對氣隙磁場的影響。研究結(jié)果表明，通過對電機(jī)轉(zhuǎn)子齒槽形狀的優(yōu)化，可以改善感應(yīng)子部分的氣隙磁密波

3、形，有效提高發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)范圍。采用三維有限元法對發(fā)電機(jī)永磁部分和感應(yīng)子部分的磁場耦合進(jìn)行了計(jì)算與分析，研究指出兩部分間的磁路耦合很小，可以將兩部分分開進(jìn)行分析與計(jì)算。
　　采用有限元法計(jì)算了發(fā)電機(jī)的繞組電感，分析了繞組電流、勵磁電流及電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對繞組電感的影響。研究結(jié)果表明，在一個(gè)電周期內(nèi)，當(dāng)繞組電流較小時(shí)，發(fā)電機(jī)的繞組自感呈2次波動；當(dāng)繞組電流較大時(shí)，繞組自感呈1次波動。當(dāng)勵磁電流為零以及勵磁電流起增磁作用時(shí)，發(fā)電機(jī)的繞組

4、自感與普通表貼式永磁電機(jī)的繞組電感變化規(guī)律基本一致；當(dāng)勵磁電流起去磁作用時(shí)，隨著繞組電流的增加，發(fā)電機(jī)的繞組自感隨著轉(zhuǎn)子位置波動的幅度減小。基于繞組電感的計(jì)算，建立了考慮繞組電感時(shí)變的發(fā)電機(jī)外特性的電路仿真計(jì)算模型，計(jì)算了不同運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的外特性。計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法既可以顯著地縮短仿真計(jì)算時(shí)間，又可以有效地提高發(fā)電機(jī)外特性的計(jì)算精度。分析了發(fā)電機(jī)感應(yīng)子部分軸向長度對發(fā)電機(jī)外特性的影響，得出了發(fā)電機(jī)感應(yīng)子部分軸向長度的最優(yōu)值，

5、為發(fā)電機(jī)外特性的改善提供了指導(dǎo)。
　　計(jì)算并分析了發(fā)電機(jī)的損耗。在發(fā)電機(jī)感應(yīng)子部分的鐵心損耗計(jì)算中，考慮了直流偏磁對電機(jī)感應(yīng)子部分鐵心損耗的影響。分別計(jì)算了發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載和三相對稱負(fù)載時(shí)的繞組銅耗，計(jì)算結(jié)果表明，輸出功率相同時(shí)，帶整流負(fù)載時(shí)的銅耗大于帶三相對稱負(fù)載時(shí)的銅耗。對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的渦流損耗進(jìn)行了有限元計(jì)算，分析了渦流損耗的影響因素。采用解析方法和流體場有限元法計(jì)算了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的摩擦損耗，計(jì)算結(jié)果表明開槽后轉(zhuǎn)子的摩擦損耗大幅