三機無刷勵磁同步發電機永磁副勵磁機設計原則

盧緒超 張磊 蘇哲 趙瑞來

摘要：本文主要介紹了三機無刷勵磁同步發電機勵磁原理及特點，永磁副勵磁機優點及基本設計原則。

關鍵詞：無刷勵磁同步發電機 三機無刷勵磁原理 永磁副勵

磁機

1 三機無刷勵磁同步發電機勵磁原理及特點

三機無刷勵磁系統由交流主勵磁機、永磁副勵磁機、旋轉整流盤三大部分組成。永磁副勵磁機為旋轉磁極式，主勵磁機為旋轉電樞式。

勵磁電流調節過程：

永磁副勵磁機——可控硅——AVR調節器——作為主勵磁機定子勵磁電流——來調節主勵旋轉電樞的輸出電流——送至旋轉整流盤——發電機轉子勵磁繞組。

三機勵磁結構特點：主勵磁機電樞及其整流裝置與發電機同軸旋轉，給發電機提供勵磁電流不需要任何滑環、換相器、集電環、炭刷等元件，減少了日常的工作維護量，提高設備的運行可靠性，避免了因炭刷炭粉和銅末對發電機繞組引起的絕緣污染，平常運行中基本不用對發電機本體進行任何操作；劣勢在于：勵磁回路沒有專門的滅磁裝置，通過可控硅整流橋逆變實現自然滅磁，滅磁時間相對較長（10s左右），另外，無法用常規的方法直接測量轉子電流、轉子溫度、監視轉子回路對地絕緣，監視旋轉整流橋上的熔斷器等。

2 采用永磁副勵磁機的優勢

永磁副勵磁機作為主勵磁機的電源從發電機本身的輸出端獲得勵磁電流，經過整流后向發電機轉子回路提供勵磁電流，永磁機供電電壓穩定，不受系統電壓影響，在系統電壓降低時能迅速提供強勵電壓，系統電壓回復時間短，提高了機組的穩定性。

3 永磁副勵磁機基本設計原則

3.1 磁鋼材質的選取：國內常規三機無刷勵磁發電機磁

鋼材質通常選用釹鐵硼，牌號JNC-35SH，主要驗收性能

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

釹鐵硼主要成分是Nd2FeB，優點：最大磁能積大、剩磁密度高、矯頑力高；不足：居里溫度低、溫度穩定性差、最高工作溫度通常為150℃，由于化學成分中含有大量釹和鐵，易生銹，化學穩定性欠佳，其表面通常需做電鍍處理或磷化處理或噴涂環氧樹脂以減慢其氧化速度。

釹鐵硼牌號35SH磁性能：

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3.2 極靴材料的選取：在凸極同步電機結構中，由于氣隙比較大，氣隙波形主要與極靴外形、極弧長度有關，而與鋼的飽和程度關系不大，極靴的材料選取主要考慮材料力學性能，本公司極靴材料采用Q345鋼，極靴外表面采用分段圓弧形，圓弧與鐵芯內圓采用不同心設計。

3.3 永磁副勵磁機與主勵磁機的匹配關系：永磁副勵磁機的容量根據主勵磁機容量及勵磁柜的AVR整流電路進行計算選取，以圖1AVR整流電路為例，永磁機容量計算過程如下：

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圖1 AVR整流電路

由圖1可見：

Un=Ufen×0.742

In=Ifen×0.817

Ufen：交流主勵磁機額定勵磁電壓

Ifen：交流主勵磁機額定勵磁電流

Un：永磁副勵磁機額定線電壓

In：永磁副勵磁機額定電流

考慮強勵，永磁機容量選取2倍強勵點時交流主勵磁機所需最大容量：

即：Pn=■×（0.742×2×Ufen）×（0.817×2×Ifen）

3.4 永磁機電磁計算過程中關注：

①定子齒磁密，控制在0.5T～0.8T；

②永磁體的預估空載工作點一般設定在0.9左右，計算程序中預估值與計算值誤差按1%之內考核；

③電壓調整率按10%之內進行考核。

以上簡要介紹了三機無刷勵磁同步發電機勵磁原理及特點，永磁副勵磁機優點及基本設計原則，為各企業在設計過程中提供參考。

參考文獻：

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作者簡介：

盧緒超（1985-），男，2009年畢業于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業，助理工程師，主要從事發電機設計工作。