三机无刷励磁同步发电机永磁副励磁机设计原则

卢绪超 张磊 苏哲 赵瑞来

摘要：本文主要介绍了三机无刷励磁同步发电机励磁原理及特点，永磁副励磁机优点及基本设计原则。

关键词：无刷励磁同步发电机 三机无刷励磁原理 永磁副励

磁机

1 三机无刷励磁同步发电机励磁原理及特点

三机无刷励磁系统由交流主励磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘三大部分组成。永磁副励磁机为旋转磁极式，主励磁机为旋转电枢式。

励磁电流调节过程：

永磁副励磁机——可控硅——AVR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流——送至旋转整流盘——发电机转子励磁绕组。

三机励磁结构特点：主励磁机电枢及其整流装置与发电机同轴旋转，给发电机提供励磁电流不需要任何滑环、换相器、集电环、炭刷等元件，减少了日常的工作维护量，提高设备的运行可靠性，避免了因炭刷炭粉和铜末对发电机绕组引起的绝缘污染，平常运行中基本不用对发电机本体进行任何操作；劣势在于：励磁回路没有专门的灭磁装置，通过可控硅整流桥逆变实现自然灭磁，灭磁时间相对较长（10s左右），另外，无法用常规的方法直接测量转子电流、转子温度、监视转子回路对地绝缘，监视旋转整流桥上的熔断器等。

2 采用永磁副励磁机的优势

永磁副励磁机作为主励磁机的电源从发电机本身的输出端获得励磁电流，经过整流后向发电机转子回路提供励磁电流，永磁机供电电压稳定，不受系统电压影响，在系统电压降低时能迅速提供强励电压，系统电压回复时间短，提高了机组的稳定性。

3 永磁副励磁机基本设计原则

3.1 磁钢材质的选取：国内常规三机无刷励磁发电机磁

钢材质通常选用钕铁硼，牌号JNC-35SH，主要验收性能

Br>1.18T，（BH）max>33MGOe、Hc>10.8kOe， Hcj>20kOe；

钕铁硼主要成分是Nd2FeB，优点：最大磁能积大、剩磁密度高、矫顽力高；不足：居里温度低、温度稳定性差、最高工作温度通常为150℃，由于化学成分中含有大量钕和铁，易生锈，化学稳定性欠佳，其表面通常需做电镀处理或磷化处理或喷涂环氧树脂以减慢其氧化速度。

钕铁硼牌号35SH磁性能：

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3.2 极靴材料的选取：在凸极同步电机结构中，由于气隙比较大，气隙波形主要与极靴外形、极弧长度有关，而与钢的饱和程度关系不大，极靴的材料选取主要考虑材料力学性能，本公司极靴材料采用Q345钢，极靴外表面采用分段圆弧形，圆弧与铁芯内圆采用不同心设计。

3.3 永磁副励磁机与主励磁机的匹配关系：永磁副励磁机的容量根据主励磁机容量及励磁柜的AVR整流电路进行计算选取，以图1AVR整流电路为例，永磁机容量计算过程如下：

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图1 AVR整流电路

由图1可见：

Un=Ufen×0.742

In=Ifen×0.817

Ufen：交流主励磁机额定励磁电压

Ifen：交流主励磁机额定励磁电流

Un：永磁副励磁机额定线电压

In：永磁副励磁机额定电流

考虑强励，永磁机容量选取2倍强励点时交流主励磁机所需最大容量：

即：Pn=■×（0.742×2×Ufen）×（0.817×2×Ifen）

3.4 永磁机电磁计算过程中关注：

①定子齿磁密，控制在0.5T～0.8T；

②永磁体的预估空载工作点一般设定在0.9左右，计算程序中预估值与计算值误差按1%之内考核；

③电压调整率按10%之内进行考核。

以上简要介绍了三机无刷励磁同步发电机励磁原理及特点，永磁副励磁机优点及基本设计原则，为各企业在设计过程中提供参考。

参考文献：

[1]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，2000

[2]汤蕰璆.电机学[M].北京：机械工业出版社，2012：129.

[3]魏静微.小功率永磁电机原理、设计及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]王秀和，等.永磁电机（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2010.

[5]GB/T10585-1989，中小型同步电机励磁系统基本技术要求

[S].北京：中国标准出版社，1989.

[6]JB/T7784-2006，透平同步发电机用交流励磁机技术条件[S].北京：机械工业出版社，2006.

作者简介：

卢绪超（1985-），男，2009年毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，主要从事发电机设计工作。