永磁發電機原理
2020-11-26 電子產品世界
導讀：大家對發電機這個詞一定很熟悉吧，而永磁發電機它是發電機中的其中一種，因為勵磁磁場是有永磁體產生，所以稱永磁發電機，本文主要介紹永磁發電機的工作原理，感興趣的同學快來學習吧。
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永磁發電機與勵磁發電機的最大區別在於它的勵磁磁場是由永磁體產生的。永磁體在電機中既是磁源，又是磁路的組成部分。
永磁體的磁性能與生產廠的製造工藝、永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關，具體性能數據的離散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其餘部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態而變化。
永磁發電機的磁路結構多種多樣，漏磁路十分複雜而且漏磁通佔的比例較大，鐵磁材料部分又比較容易飽和，磁導是非線性的。這些都增加了永磁發電機電磁計算的複雜性，使計算結果的準確度低於電勵磁發電機。
與交流發電機一樣利用導線切割磁力線感應出電勢的電磁感應原理，將原動機的機械能變為電能輸出。由定子和轉子兩部分組成。定子是發出電力的電樞，轉子是磁極。定子由電樞鐵芯，均勻排放的三相繞組及機座和端蓋等組成。
轉子通常為隱極式，由勵磁繞組、鐵芯和軸、護環、中心環等組成。轉子的勵磁繞組通入直流電流，產生接近於正弦分布磁場(稱為轉子磁場)，其有效勵磁磁通與靜止的電樞繞組相交鏈。轉子旋轉時，轉子磁場隨同一起旋轉、每轉一周，磁力線順序切割定子的每相繞組，在三相定子繞組內感應出三相交流電勢。
發電機帶對稱負載運行時，三相電樞電流合成產生一個同步轉速的旋轉磁場。定子磁場和轉子磁場相互作用，會產生制動轉矩。從汽輪機/水輪機/燃氣輪機，輸入的機械轉矩克服制動轉矩而作功。
Ⅰ：結構簡單、可靠性高。永磁式發電機省去了勵磁式發電機的勵磁繞組、碳刷、滑環結構，整機結構簡單，避免了勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環結構，整機結構簡單，避免了勵磁式發電機勵磁式發電機勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環易磨損等故障，可靠性大為提高。
Ⅱ：體積小、重量輕、比功率大。永磁轉子結構的採用，使得發電機內部結構設計排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉子結構的簡化，還使得轉子轉動慣量減少，實用轉速增加，比功率(即功率、體積之比例)達到一個很高的值。
Ⅲ：中、低速發電性能好。功率等級相同的情況下，怠速時，永磁式發電機要比勵磁式發電機的輸出功率高一倍，也就是說，永磁式發電機的實際等功率等級的勵磁式發電機。
Ⅳ：能顯著地延長蓄電池壽命，減少蓄電池維護工作。主要原因是永磁式發電機採用的是開關式的整流穩壓方式，穩壓精度高，充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發電機的開頭式整流輸出對蓄電池採用小電流脈衝充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長蓄電池的使用壽命。
Ⅴ：效率高。永磁式發電機是一種節能產品。永磁轉子結構免去了產生轉子磁場所需的勵磁功率和碳刷、滑環之間磨擦的機械損耗，使得永磁式發電機效率大為提高。普通勵磁式發電機在1500轉/分至6000轉/分之間的轉速範圍內平均效率只有45%至55%，而永磁式發電機則可高達75%至80%。
Ⅵ：採用自啟動式穩壓器無需外加勵磁電源。發電機只要一旋轉就能發電。當蓄電池損壞時，只要發動機處於運行狀態，汽車充電系統仍可正常工作。如汽車沒有蓄電池，只要搖轉手把或溜車，也可實現點火運行。
Ⅶ：特別適合於在潮溼或灰塵多的惡劣環境下工作。
Ⅷ：無線電幹擾。永磁發電機無碳刷、無滑環的結構，消除了碳刷與滑環磨擦產生的無線電幹擾;消除了電火花，特別適合於爆炸性危險程度較大的環境下工作，也降低了發電機對環境溫度的要求。
永磁發電機原理——三大問題
Ⅰ —控制問題
永磁發電機製成後不需外界能量即可維持其磁場，但也造成從外部調節、控制其磁場極為困難。這些使永磁發電機的應用範圍受到了限制。但是，隨著MOSFET、IGBTT等電力電子器件的控制技術的迅猛發展，永磁發電機在應用中無需磁場控制而只進行電機輸出控制。設計時需要釹鐵硼材料，電力電子器件和微機控制三項新技術結合起來，使永磁發電機在嶄新的工況下運行。
Ⅱ—不可逆退磁問題
如果設計和使用不當，永磁發電機在溫度過高(釹鐵硼永磁)或過低(鐵氧體永磁)時，在衝擊電流產生的電樞反應作用下，或在劇烈的機械振動時有可能產生不可逆退磁，或叫失磁，使電機性能降低，甚至無法使用。因而，既要研究開發適合於電機製造廠使用的檢查永磁材料熱穩定性的方法和裝置，又要分析各種不同結構形式的抗去磁能力，以便在設計和製造時採用相應措施保證永磁式發電機不會失磁。
Ⅲ—成本問題
由於稀土永磁材料目前的價格還比較貴，稀土永磁發電機的成本一般比電勵磁式發電機高，但這個成會在電機高性能和運行中得到較好的補償。在今後的設計中會根據具體使用的場合和要求，進行性能、價格的比較，並進行結構的創新和設計的優化，以降低製造成本。無可否認，現正在開發的產品成本價格比目前通用的發電機略高，但是我們相信，隨著產品更進一步的完美，成本問題會得到很好的解決。美國DELPHI(德爾福)公司的技術部負責人認為：「顧客注重的是每公裡瓦特上的成本。」他的這一說法充分說明了交流永磁發電機的市場前景不會被成本問題困擾。
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