永磁发电机原理

　　导读：大家对发电机这个词一定很熟悉吧，而永磁发电机它是发电机中的其中一种，因为励磁磁场是有永磁体产生，所以称永磁发电机，本文主要介绍永磁发电机的工作原理，感兴趣的同学快来学习吧。

　　永磁发电机与励磁发电机的最大不同之处在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。

　　永磁体的磁性能与生产厂的制造工艺、永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运作时的状态而变化。

　　永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又非常容易饱和，磁导是非线性的。这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁发电机。

　　与交流发电机一样利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。由定子和转子两部分所组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。

　　转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。

　　发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。从汽轮机/水轮机/燃气轮机，输入的机械转矩克服制动转矩而作功。

　　Ⅰ：结构相对比较简单、可靠性高。永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构，整机结构相对比较简单，避免了励磁绕组易烧毁、断线，碳刷、滑环结构，整机结构相对比较简单，避免了励磁式发电机励磁式发电机励磁绕组易烧毁、断线，碳刷、滑环易磨损等故障，可靠性大为提高。

　　Ⅱ：体积小、重量轻、比功率大。永磁转子结构的采用，使得发电机内部结构设计排列得很紧凑，体积、重量大为减少。永磁转子结构的简化，还使得转子转动惯量减少，实用转速增加，比功率(即功率、体积之比例)达到一个很高的值。

　　Ⅲ：中、低速发电性能好。功率等级相同的情况下，怠速时，永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍，也就是说，永磁式发电机的实际等功率等级的励磁式发电机。

　　Ⅳ：能显著地延长蓄电池寿命，减少蓄电池维护工作。根本原因是永磁式发电机采用的是开关式的整流稳压方式，稳压精度高，充电效果好。避免了过电流充电造成的蓄电池寿命减少。永磁式发电机的开头式整流输出对蓄电池采用小电流脉冲充电，相同的充电电流充电效果更好，从而延长蓄电池的使用寿命。

　　Ⅴ：效率高。永磁式发电机是一种节能产品。永磁转子结构免去了产生转子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗，使得永磁式发电机效率大为提高。普通励磁式发电机在1500转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45%至55%，而永磁式发电机则可高达75%至80%。

　　Ⅵ：采用自启动式稳压器无需外加励磁电源。发电机只要一旋转就能发电。当蓄电池损坏时，只要发动机处于运作时的状态，汽车充电系统仍可正常工作。如汽车没有蓄电池，只要摇转手把或溜车，也可实现点火运行。

　　Ⅷ：无线电干扰。永磁发电机无碳刷、无滑环的结构，消除了碳刷与滑环磨擦产生的无线电干扰;消除了电火花，特别适合于爆炸性危险程度较大的环境下工作，也降低了发电机对环境和温度的要求。

　　永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机的应用场景范围受到了限制。但是，随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料，电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况下运行。

　　如果设计和不正确使用，永磁发电机在温度过高(钕铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至没办法使用。因而，既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构及形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。

　　由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较，并进行结构的创新和设计的优化，以降造成本。无可否认，现正在开发的产品成本价格比目前通用的发电机略高，但是我们始终相信，随着产品更进一步的完美，成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI(德尔福)公司的技术部负责人认为：“顾客注重的是每公里瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发电机的未来市场发展的潜力不会被成本问题困扰。