[发明专利]永磁发电机磁饱和电流的定义、测定及工艺设计

说明书

本发明对永磁发电机的输出最大电流进行了研究，对永磁发电机磁饱和电流的产生给予了理论解释，对磁饱和电流给予了明确的物理定义。对各种不同型号永磁发电机的磁饱和电流给出了测定方法，诠释了调整永磁发电机磁饱和电流的工艺设计。运用磁饱和电流来解决永磁发电机在高速、满负载条件下，定子发热及发电效率下降的技术问题，指出了永磁发电机单机额定功率与磁饱和电流的关系。将对我国永磁发电机制造业的基础理论研究和工艺创新提供重要的指导作用。

技术领域

本发明隶属于“2018年国家重点支持的高新技术领域目录”中，先进制造技术范畴。

背景技术

永磁发电机是近十年来迅速发展崛起的节能节料产品。其转子不需要励磁绕组、导电滑环、电刷，不消耗励磁电流和功率，与励磁发电机在同等输出功率的条件下相比较，可节能20～50％，体积、重量和消耗金属材料可减少40～60％。具有长寿命、易维护、可在尘埃和汽雾等恶劣环境下工作等优点，受到各行业的普遍欢迎，尤其是用于车、船等移动设备上。我国是稀土元素资源大国，制造永磁发电机转子永久磁铁的稀土材料丰富，故永磁发电机在我国市场和国际市场上有很大的发展空间。

但是，永磁发电机也有其本身固有技术缺陷，其转子磁场由永久磁铁形成，磁铁产生的磁力线随着转子的运转切割定子线圈产生感生电动势，发电机对外输出电压，外加负载后，就会产生负载电流，根椐楞次定律，负载电流所形成的磁场与发电机转子磁铁所产生的磁场方向相反，会冲抵一部分转子磁铁所形成的磁场，而运行中转子磁铁的磁场强度是恒定的，所以合成磁场强度下降，负载越重时，永磁发电机所发出的电压就越低。所以，永磁发电机所发出的电压是不稳定的，随着永磁发电机的转速及负载的变化而不断变化，永磁发电机不是一个理论上的恒压装置。

为使永磁发电机的负载得到一个相对稳定的电压，业内常用可控硅(晶闸管)装置进行调节稳压。将稳压装置串联在永磁发电机与负载之间，当永磁发电机输出电压升高时，可控硅开通角减小，使负载上电压降低；当永磁发电机输出电压降低时，可控硅开通角增大，使负载上电压升高。但是，这种稳压结构在永磁发电机高速、满负载工作条件时，效果并不理想。因为永磁发电机在高速条件时，输出电压很高，调压用可控硅减小，定子绕组流过时间很短；同时在满负载条件时，负载要求提供的平均电流最大，导致短时间内流过定子绕组线圈的电流成倍增加，而定子绕组线圈的电阻是恒定的，根据焦耳定律，线圈物产生的热量与电流的平方成正比，在此条件下，线圈无功损耗大幅增加，造成发电效率下降和定子发热二个不好的后果。用于车、船等移动设备上的永磁发电机多数时间工作在高速、满负载条件下，如何解决永磁发电机定子高热及发电效率低下的问题，这是国内外目前永磁发电机制造业遇到的技术难题。

本发明力图通过研究永磁发电机磁饱和电流的产生及规律，合理设计永磁发电机的磁饱和电流值，来解决这个技术难题。

发明内容

本发明对永磁发电机输出的最大电流进行了研究，对磁饱和电流的产生给予了合理的解释，对磁饱和电流给予了明确的物理定义，对各种不同型号永磁发电机的磁饱和电流给出了测定方法，诠释了调整永磁发电机磁饱和电流的工艺设计，提出了运用磁饱和电流来解决永磁发电机在高速、满负载条件下，定子发热及发电效率下降的技术方案，指出了永磁发电机单机额定功率与磁饱和电流的关系。将对我国永磁发电机制造行业的基础理论研究和制造工艺创新起着重要的指导和推动作用。

先简述永磁发电机定子线圈电压产生的原理：永磁发电机的转子是永久磁铁，定子是绕有每相n匝线圈的绝缘绕组，有单相绕组和三相绕组二种结构。永磁发电机制造完毕，其转子上永久磁铁的磁场强度就固定下来了，永久磁铁在永磁发电机内的磁路上产生的磁通量记作Ф，是不变的定值。当发电机在原动机带动下旋转时，转子上的磁力就线就切割定子线圈，在线圈中产生了感生电动势(在对外端子上俗称电压)，根据法拉第电磁感应定律，其计算公式是：

ε＝n＊ΔФ/Δt...................................................式1