永磁發(fā)電機(jī)原理

　　導(dǎo)讀：大家對(duì)發(fā)電機(jī)這個(gè)詞一定很熟悉吧，而永磁發(fā)電機(jī)它是發(fā)電機(jī)中的其中一種，因?yàn)閯?lì)磁磁場(chǎng)是有永磁體產(chǎn)生，所以稱永磁發(fā)電機(jī)，本文主要介紹永磁發(fā)電機(jī)的工作原理，感興趣的同學(xué)快來(lái)學(xué)習(xí)吧。

永磁發(fā)電機(jī)原理——介紹

　　永磁發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的最大區(qū)別在于它的勵(lì)磁磁場(chǎng)是由永磁體產(chǎn)生的。永磁體在電機(jī)中既是磁源，又是磁路的組成部分。

　　永磁體的磁性能與生產(chǎn)廠的制造工藝、永磁體的形狀和尺寸、充磁機(jī)的容量和充磁方法有關(guān)，具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大。而且永磁體在電機(jī)中所能提供的磁通量和磁動(dòng)勢(shì)還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而變化。

　　永磁發(fā)電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)多種多樣，漏磁路十分復(fù)雜而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較容易飽和，磁導(dǎo)是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機(jī)電磁計(jì)算的復(fù)雜性，使計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度低于電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。

永磁發(fā)電機(jī)原理——原理

　　與交流發(fā)電機(jī)一樣利用導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電勢(shì)的電磁感應(yīng)原理，將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵?。由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是發(fā)出電力的電樞，轉(zhuǎn)子是磁極。定子由電樞鐵芯，均勻排放的三相繞組及機(jī)座和端蓋等組成。

　　轉(zhuǎn)子通常為隱極式，由勵(lì)磁繞組、鐵芯和軸、護(hù)環(huán)、中心環(huán)等組成。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通入直流電流，產(chǎn)生接近于正弦分布磁場(chǎng)(稱為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))，其有效勵(lì)磁磁通與靜止的電樞繞組相交鏈。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)隨同一起旋轉(zhuǎn)、每轉(zhuǎn)一周，磁力線順序切割定子的每相繞組，在三相定子繞組內(nèi)感應(yīng)出三相交流電勢(shì)。

　　發(fā)電機(jī)帶對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，三相電樞電流合成產(chǎn)生一個(gè)同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從汽輪機(jī)/水輪機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)，輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩克服制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而作功。

永磁發(fā)電機(jī)原理——優(yōu)點(diǎn)

　?、瘢航Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。永磁式發(fā)電機(jī)省去了勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組、碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了勵(lì)磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)易磨損等故障，可靠性大為提高。

　?、颍后w積小、重量輕、比功率大。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的采用，使得發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，還使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，實(shí)用轉(zhuǎn)速增加，比功率(即功率、體積之比例)達(dá)到一個(gè)很高的值。

　　Ⅲ：中、低速發(fā)電性能好。功率等級(jí)相同的情況下，怠速時(shí)，永磁式發(fā)電機(jī)要比勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的輸出功率高一倍，也就是說，永磁式發(fā)電機(jī)的實(shí)際等功率等級(jí)的勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)。

　?、簦耗茱@著地延長(zhǎng)蓄電池壽命，減少蓄電池維護(hù)工作。主要原因是永磁式發(fā)電機(jī)采用的是開關(guān)式的整流穩(wěn)壓方式，穩(wěn)壓精度高，充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發(fā)電機(jī)的開頭式整流輸出對(duì)蓄電池采用小電流脈沖充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

　?、酰盒矢?。永磁式發(fā)電機(jī)是一種節(jié)能產(chǎn)品。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)免去了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)所需的勵(lì)磁功率和碳刷、滑環(huán)之間磨擦的機(jī)械損耗，使得永磁式發(fā)電機(jī)效率大為提高。普通勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)在1500轉(zhuǎn)/分至6000轉(zhuǎn)/分之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平均效率只有45%至55%，而永磁式發(fā)電機(jī)則可高達(dá)75%至80%。

　?、觯翰捎米詥?dòng)式穩(wěn)壓器無(wú)需外加勵(lì)磁電源。發(fā)電機(jī)只要一旋轉(zhuǎn)就能發(fā)電。當(dāng)蓄電池?fù)p壞時(shí)，只要發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，汽車充電系統(tǒng)仍可正常工作。如汽車沒有蓄電池，只要搖轉(zhuǎn)手把或溜車，也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火運(yùn)行。

　　Ⅶ：特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環(huán)境下工作。

　　Ⅷ：無(wú)線電干擾。永磁發(fā)電機(jī)無(wú)碳刷、無(wú)滑環(huán)的結(jié)構(gòu)，消除了碳刷與滑環(huán)磨擦產(chǎn)生的無(wú)線電干擾;消除了電火花，特別適合于爆炸性危險(xiǎn)程度較大的環(huán)境下工作，也降低了發(fā)電機(jī)對(duì)環(huán)境溫度的要求。

永磁發(fā)電機(jī)原理——三大問題

　?、?—控制問題

　　永磁發(fā)電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場(chǎng)極為困難。這些使永磁發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。但是，隨著MOSFET、IGBTT等電力電子器件的控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，永磁發(fā)電機(jī)在應(yīng)用中無(wú)需磁場(chǎng)控制而只進(jìn)行電機(jī)輸出控制。設(shè)計(jì)時(shí)需要釹鐵硼材料，電力電子器件和微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使永磁發(fā)電機(jī)在嶄新的工況下運(yùn)行。

　?、?mdash;不可逆退磁問題

　　如果設(shè)計(jì)和使用不當(dāng)，永磁發(fā)電機(jī)在溫度過高(釹鐵硼永磁)或過低(鐵氧體永磁)時(shí)，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或在劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機(jī)性能降低，甚至無(wú)法使用。因而，既要研究開發(fā)適合于電機(jī)制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)形式的抗去磁能力，以便在設(shè)計(jì)和制造時(shí)采用相應(yīng)措施保證永磁式發(fā)電機(jī)不會(huì)失磁。

　?、?mdash;成本問題

　　由于稀土永磁材料目前的價(jià)格還比較貴，稀土永磁發(fā)電機(jī)的成本一般比電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)高，但這個(gè)成會(huì)在電機(jī)高性能和運(yùn)行中得到較好的補(bǔ)償。在今后的設(shè)計(jì)中會(huì)根據(jù)具體使用的場(chǎng)合和要求，進(jìn)行性能、價(jià)格的比較，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的優(yōu)化，以降低制造成本。無(wú)可否認(rèn)，現(xiàn)正在開發(fā)的產(chǎn)品成本價(jià)格比目前通用的發(fā)電機(jī)略高，但是我們相信，隨著產(chǎn)品更進(jìn)一步的完美，成本問題會(huì)得到很好的解決。美國(guó)DELPHI(德爾福)公司的技術(shù)部負(fù)責(zé)人認(rèn)為：“顧客注重的是每公里瓦特上的成本。”他的這一說法充分說明了交流永磁發(fā)電機(jī)的市場(chǎng)前景不會(huì)被成本問題困擾。

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