混合励磁电机的常见结构及原理
发电机、励磁机结构及工作原理
四、发电机的工作原理
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1、固定磁场交流发电机 原理模型
• 发电机是根据电磁感应原理来发电的，发电机首先要 有磁场，现在用一对磁铁来产生发电机的磁场，磁力 线从N极到S极。在磁场内放入矩形线圈，线圈两端通 向两个滑环，滑环通过电刷连接到输出线上，输出线 端连有负载电阻。 当线圈旋转时，根据电磁感应原理，线圈两端将会产 生感应电动势，当磁场是均匀的，矩形线圈作匀速旋 转时，感应电势按正弦规律变化，在负载电阻上有正 弦交流电通过。
三相交流发电机原理模型
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三相交流发电机原理模型
• 实际应用的都是三相交流发电机，其定子铁芯的内圆 均匀分布着6个槽，嵌装着三个相互间隔120度的同样 线圈，分别称之为A相线圈、B相线圈、C相线圈。装 上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型。画面 中的三相交流发电机采用星形接法，三个线圈的公共 点引出线是中性线，每个线圈的引出线是相线。当转 子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线，都会感生交 流电动势，其幅度与频率相同。由于三个线圈相互间 隔120度，它们感应电势的相位也相差120度。
• 在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对 称排列。（图4所示）。使定子铁芯透明可看清绕组的分布（图4所示） 。
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混合励磁发电机原理及励磁调节电路设计
混合励磁发电机原理及励磁调节电路设计齐文娟，邹继斌哈尔滨工业大学电气工程系，哈尔滨(150001)E-mail: hit-qq@摘要：混合励磁发电机HEG(Hybrid Exciting Generator)可以通过调节励磁绕组的电流来调节发电机的输出电压。
本文介绍了一种新型混合励磁发电机的结构和原理，针对样机设计了结构简单的励磁调节电路，实验结果显示这种电机在负载较大范围变化时可以维持输出电压稳定。
关键词：混合励磁发电机；电压调节；励磁调节电路中图分类号： TM3511. 引言混合励磁发电机是电机内有两种磁源的发电机，永磁体和励磁绕组。
具有永磁发电机的高效率、小体积的优点，并且可以通过调节励磁绕组的电流来调节发电机的输出电压，因而具有很好的发展前景。
国内外研究的混合励磁电机大体包括7种结构[1]，这类电机的结构虽各有不同，但本质上讲，都是永磁体提供主磁场，励磁电流产生的磁场起调节作用[2] [3]，在电机转速和负载一定范围内变化时维持输出电压稳定。
由于电机内有两种磁源，电机的结构和磁路都比较复杂[4] [5]。
本文提到的混合励磁发电机具有结构和励磁控制简单，永磁磁路和电励磁磁路独立且不会使永磁体退磁的特点。
本文介绍了这种发电机的结构原理，并针对此种混合励磁发电机设计了励磁调节电路，实现了发电机输出电压的闭环控制。
2. 混合励磁发电机原理2.1 混合励磁发电机结构混合励磁发电机结构见图1。
由图可以看到，转子由两部分组成，中间是永磁体部分，结构与表贴式无刷直流电机的转子结构完全相同，瓦片形的磁钢直接贴在转子表面。
两头是凸极部分，形状类似于开关磁阻电机的转子，见图3。
防止永磁体被短路，凸极部分和永磁体部分留出一定间距。
凸极数与永磁体极对数相同，凸极的位置对应于永磁体N极或S极。
转子永磁部分和凸极部分共用一个定子绕组。
定子绕组为常规三相对称绕组。
励磁线圈绕在与定转子同轴的圆筒状支架上。
支架固定在定子外壳上，支架内壁与转子之间有一附加气隙。
励磁系统工作原理 ppt课件
励磁系统工作原理
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UNITROL 5000调节器可根据电厂或电网的需要实现PID 或恒无功或恒功率因数调节及PSS稳定控制。自并励系统在 发电机无电压输出或电压低于5%空载额定电压时可控硅整 流桥不工作即无整流电压输出。此时起励装置借助于厂用 220V交流电经整流二极管、接触器、限流电阻送入发电机 转子绕组中，起励电压可用软件参数设定，一般建立发电机 的端电压不超过5%空载额定.在起励阶段，AVR测量到发电 机电压达到预先设定的某一个值，就即刻自行切换到AVR控 制，即起励装置的输出自行断开,由AVR控制可控硅整流桥 输出保持着发电机电压达到预设值。如果采用零起升压，在 上述过程中AVR会继续升压，一直升至发电机电压额定值 20KV。(基本过程:起励-切换-自动升压-自动停在设定的电压 值)。
1、发电机功率因数、电压、无功及励磁电流、励磁电压指示正 常且稳定。 2、励磁操作界面没有运行限制器动作告警。 3、工作调节器的设定点没有达到限制值。 4、励磁系统投入自动位置，未发生自动切换现象，通道间平衡， 切换准备就绪。 5、调节器无异常声音，调节器柜没有任何报警，各仪表指示正 常。 6、整流柜各冷却系统工作正常，空调运行正常，空气进出风口 无杂物堵塞,励磁间温度控制在30度左右。 7、整流柜均流正常，均流偏差不大于10％。
励磁系统工作原理
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9、AVR控制柜、整流柜就地显示无红灯告警。 10、运行及维护人员定期检查励磁小间温度和记录励磁就地 面板运行数据。 11、无异常干扰,移动电话及对讲机等无线收发设备应远离励 磁系统控制小间。 12、机组正常运行中有特殊工作时，AVR柜门可打开外，其 他任何柜门严禁打开。 13、当励磁系统出现告警信号和异常运行情况，应及时告知 设备维护人员。 14、励磁柜无非正常运行的噪音。 15、励磁系统运行中的投切，参照励磁系统运行相关切换要 求执行。
电机励磁方式及原理
电机励磁方式旋转电机中产生磁场的方式。
现代电机大都以电磁感应为基础，在电机中都需要有磁场。
这个磁场可以由永久磁铁产生，也可以利用电磁铁在线圈中通电流来产生。
电机中专门为产生磁场而设置的线圈组称为励磁绕组。
由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁铁建立的磁场比较弱，它主要用于小容量电机。
但是随着新型永磁材料的出现，特别是高磁能积的稀土材料如稀土钴、钕铁硼的出现，容量达百千瓦级的永磁电机已开始研制。
一般的电机多采用电流励磁。
励磁的方式分为他励和自励两大类。
他励由独立的电源为电机励磁绕组提供所需的励磁电流。
例如用独立的直流电源为直流发电机的励磁绕组供电；由交流电源对异步电机的电枢绕组供电产生旋转磁场等等。
前者为直流励磁，后者为交流励磁。
同步电机按电网的情况,可以是转子的励磁绕组直流励磁,也可以定子上由电网提供交流励磁，一般以直流励磁为主。
如直流励磁不足，则从电网输入滞后的无功电流对电机补充励磁；如直流励磁过强，则电机就向电网输出滞后的无功电流,使电机内部磁场削弱。
采用直流励磁时,励磁回路中只有电阻引起的电压降,所需励磁电压较低,励磁电源的容量较小。
采用交流励磁时，由于励磁线圈有很大的电感电抗，所需励磁电压要高得多，励磁电源的容量也大得多。
他励式励磁电源，原来常用直流励磁机。
随着电力电子技术的发展，已较多地采用交流励磁机经半导体整流后对励磁绕组供电的方式励磁。
励磁调节可以通过调节交流励磁机的励磁电流来实现；也可以在交流励磁机输出电压基本保持不变的情况下，利用可控整流调节。
后者调节比较快速，还可以方便地利用可控整流桥的逆变工作状态达到快速灭磁和减磁，从而取消常用的灭磁开关。
前一种方式，整流元件为二极管，如把它和交流励磁机电枢绕组、同步电机励磁绕组一起都装在转子上，则励磁电流就可以直接由交流励磁机经整流桥输入励磁绕组,不再需要集电环和电刷，可构成无刷励磁系统,为电机的运行、维护带来很多方便。
当然整流元件、快速熔断器等器件在运行中均处于高速旋转状态，要承受相当大的离心力，这在结构设计时必须加以考虑。
混合励磁电机技术
背景
随着新型稀土永磁材料钦铁硼（NdFeB）性价比的不断提高，永磁无刷直流（BLDG）电机和永磁同步（PMSM） 电机等稀土永磁电机，以其体积小、效率高、动态响应特性好等优点在越来越多的工业驭动和伺服控制领域得到 广泛应用。但由于永磁材料的固有特性，永磁电机内气隙磁场基木保持恒定，用作电动运行时，调速范围有限， 在诸如航空航大、电动汽车等需宽调速直接驭动场合的应用受到一定的限制；作发电运行时，电压调整率较大， 影响供电质量。如何实现气隙磁场的有效调节与控制一直是永磁电机研究的热点和难点。合理改变永磁电机结构， 引入辅助电励磁绕组，实现气隙磁场灵活调节的“混合励磁”思想的提出，得到国内外电机界学者的认可与，同 时各国学者对各种混合励磁电机结构及其控制系统进行了有益的探索与研究。近十年来，在权威期刊和国际会议 上，不时有与混合励磁电机相关的文章出现降。美国威斯康星大学著名电机专家教授在混合励磁电机技术方而已 经进行了卓有成效的研究，并有多项涉及混合励磁电机及其应用的专利公布。此外，国外某些驭动系统公司还推 出了相关的混合励磁电机产品，目前，美国TIMKEN公司研发的盘式车轮转子磁极分割型混合励磁电机驭动系统已 在电动汽车驭动领域获得初步应用 。
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图1混介励磁电动机变速驱动系统结构框图混合励磁电机控制的关键在于通过电枢电流与励磁电流适当地协调 控制，满足不同变速驭动系统特定的性能指标。
图1为混合励磁电机变速3动系统典型控制原理框图。由于可控电励磁电流变量的引入，系统需要增加额外的 励磁电流分配控制器和励磁电流控制器对励磁电流进行调节与控制，虽然控制手段更加灵活，但也增加了控制系 统的复杂性。
控制技术应用与分析
法国学者Y.
发展趋势Biblioteka 总体而言，由于我国在混合励磁电机方面的研究起步较晚，同时，受到国内材料、加工制造技术落后等不利 因素的影响，我国在混合励磁电机方面的研究，力度不够，水平不高，尚无成熟产品。
混合励磁电机技术综述与发展展望
混合励磁电机技术综述与发展展望一、本文概述随着能源危机和环境问题的日益突出，高效、环保的电机技术成为当前研究的热点。
混合励磁电机作为一种新型电机，结合了传统电励磁电机和永磁电机的优点，具有高效、高功率密度和良好的调速性能，因此在电动汽车、风力发电、工业驱动等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在对混合励磁电机技术进行综述，分析其发展现状、基本原理、结构特点、控制策略以及应用领域，并展望其未来的发展趋势。
通过深入研究混合励磁电机技术，有助于推动电机技术的创新与发展，为实现绿色、可持续的能源利用提供理论支持和实践指导。
二、混合励磁电机的基本原理与特点混合励磁电机是一种结合了电励磁和永磁励磁的电机，其基本原理在于通过同时利用电励磁和永磁励磁产生的磁场，以实现电机性能的优化和提升。
在混合励磁电机中，永磁体提供了基础磁场，而电励磁部分则用于调节和增强磁场，以满足电机在不同运行条件下的需求。
高效率：由于永磁体的存在，混合励磁电机在运行时可以产生较强的磁场，从而提高电机的效率。
同时，通过电励磁的调节，可以进一步优化电机的运行效率。
良好的调速性能：通过调节电励磁部分的电流，可以改变电机的磁场强度，从而实现电机的调速。
这种调速方式响应速度快，调节范围宽，使得混合励磁电机在需要频繁调速的应用中具有优势。
高功率密度：混合励磁电机结合了永磁电机和电励磁电机的优点，可以在保持较高效率的同时实现较高的功率密度，适用于对电机性能要求较高的场合。
良好的适应性：混合励磁电机可以通过调节电励磁部分的电流来适应不同的负载和运行条件，因此在一些负载变化较大的应用中具有较好的适应性。
混合励磁电机具有高效率、良好的调速性能、高功率密度和良好的适应性等特点，这些特点使得混合励磁电机在许多领域具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，混合励磁电机将在未来的电机技术发展中占据重要的地位。
三、混合励磁电机的关键技术混合励磁电机作为一种先进的电机技术，其设计和实现涉及多个关键技术。
励磁系统的工作原理
励磁系统的工作原理
励磁系统是指在发电机、变压器等电力设备中用来产生磁场的装置，其工作原理主要包括激励磁场的产生、磁通闭合和磁场稳定等过程。
励磁系统通常采用电磁铁或永磁体作为磁场的产生源。
以电磁铁为例，当电流通过线圈时，会在线圈的周围产生磁场。
这个磁场可以通过磁铁的磁性材料集中到一起，形成一个相对强大的磁场。
为了实现励磁系统的工作，首先需要通过一定的控制电路将电流引入到励磁线圈中。
当电流通过线圈时，会在线圈的磁心中产生磁场。
励磁线圈通常会放置在发电机或变压器的定子上，以便产生一个稳定的磁场。
在励磁系统中，磁场的闭合是至关重要的。
通过将励磁线圈的两端连接起来，形成一个闭合的回路，磁场就可以在回路中流动，从而保证磁力的连续存在。
同时，闭合回路还可以提供给励磁线圈所需的电能，使其能够持续地产生磁场。
在励磁系统中，还需要保持磁场的稳定性，以确保电力设备的正常运行。
为了达到这个目的，常常会在励磁系统中添加稳定磁场的装置，如稳定魔环等。
稳定魔环可以通过反馈机制调节励磁系统中的电流，使得磁场保持在一个稳定的水平，从而使电力设备的输出也能保持稳定。
综上所述，励磁系统的工作原理包括磁场的产生、磁通闭合和
磁场稳定等过程。
通过控制电流的引入和闭合回路的构建，励磁系统可以产生一个稳定的磁场，为电力设备的正常运行提供必要的磁力支持。
励磁系统原理与构成
红花水电厂励磁系统培训sj安全第一、质量第一、追求卓越2014年06月24日目录一、励磁系统的功能二、励磁系统的工作原理和组成三、励磁系统的调节器原理四、励磁系统的板件功能五、励磁系统的工控机六、励磁系统的其他单元01励磁系统的功能向同步电机的激磁绕组提供用于建立电磁场的直流电流的系统或装置。
通过励磁的调节控制，可以达到以下目的：A、恒发电机电压控制，稳定发电机电压。
B、设置调差率，保证发电机无功功率的合理分配。
C、提高发电机运行的稳定性。
D、通过附加的PSS控制，提高电力系统的稳定性。
02励磁系统的工作原理和组成•由于发电机是根据电磁感应原理发电的，形成的磁场和导体有相对运动时，导体中才能感应出电动势，发电机定子绕组相当于运动的导体，转子相当于磁场。
•发电机转动时，其转子与定子之间存在相对运动。
但发电机的转子由线圈和铁心组成。
对转子的线圈通直流电流电才能产生恒定的磁场。
•直流电是依靠励磁系统来提供。
励磁系统是发电机发出励磁电流加到转子场跟着转动，与定子之间有了相对运动，定子就能感应出电动势，从而发出电来。
•按励磁系统的供电方式：–自励：励磁电源取自发电机本身。
•自并励–自复励–它励：励磁电源不是发电机提供。
•按励磁系统的结构不同分：–旋转励磁系统•直流励磁机励磁系统•交流励磁机励磁系统–常规三机励磁–无刷励磁–静止励磁系统从发电机机端电压源取得功率并使用静止可控硅整流装置的励磁系统，也称电势源静止励磁系统。
优点：1、取消励磁机，发电机的长度缩短，可以减小轴系振动。
2、结构简单，易于掌握，操作使用方便。
3、没有旋转电机部分，维护检修方便。
4、调节速度快，是反应速度最快的快速励磁系统。
5、调节性能优越，通过附加PSS控制可以有效提高电网的稳定性。
6、技术成熟，可靠性高。
7、造价比较低。
自并励静止励磁系统取代直流励磁机和交流励磁机励磁系统是技术发展的必然趋势，目前国内所有的新建水电站和大部分的火电厂都使用自并励静止励磁系统。
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２ 混合励磁 电机 的常见结构及原理
混合励磁电机的常见结构有转子磁分路式混合 励磁同步电机 ， 其中又分为转子磁分路式径 向结构
附加导磁 体一ｓ极永 磁体＿ 转 子磁轭叶 Ｎ极永磁 ÷ 体 ； 向磁通路径为 ： 轴 Ｎ极永磁体一 Ｎ极 附加导磁体 及其延伸部分＿ 附加气隙 环形磁桥一附加气隙一 十 ｓ 极附加导磁体及其延伸部分 ｓ 极永磁体＿ 转子 ＋ 磁轭一 Ｎ极永磁 体 。
的， 其总装结构如 图 ９所示。永磁部分与 电励磁部 分 左右放 置 ， 用 壳 体 ， 者 的 转子 各 自独 立 ， 间 共 两 中
存在 机械气 隙 。永 磁 与 电励 磁 部 分 电 枢结 构 相 同 ， 即槽 数相 等 ， 型 相 同 ， 槽 电枢 绕 组共 用 ； 部 分 的 长 两 度 可 以根据需 要灵 活设 计 。
ｄ ｉ１． ９９ ｊｉ ｎ １０ － ５ ．０ １０ ． １ ｏ：０ ３ ６ ／． ｓ．０ ３４ ０ ２ １ ．３ ０２ ｓ ２
中图分 类号 ：Ｍ ０ Ｔ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ３４ ５ （０ １ ０ － ４ －７ １０ － ０ ２ １ ）３０ ４０ ２ ０
随着 电工材 料 、 力电 子技 术 和计 算机 技 术 的 电 快 速 发展 ， 电机 已不再 是一 个孤 立 的器 件 ， 往往 与控
极（ Ｎ极） 或 环形导磁体 ， 如图 ２ 所示。两极附加导 磁体 延伸 端 之 间有 可 以嵌 绕 励 磁 绕 组 的 环 形 导 磁
桥， 导磁 桥与两极 附加 导 磁 体 延 伸 端 之 问形 成两 个
附加气 隙 ， 环形 导 磁桥 固定 于 端 盖 上 ， 静 止 机 构 ， 为
从 而形 成无 刷励 磁 结 构 ， 成 转 子磁 分 路 式 径 向结 构 构混合 励 磁 同步 电机 ， 电机 的装 配结 构 如 图 ３所 示 。 ２ １２ 径 向结构 混合励 磁 同步 电机 的工 作原 理 ．． 在径 向结 构混 合 励 磁 同步 电机 中 ， 由于 附 加 导 磁体 、 环形 导磁桥 以及 附加 气 隙 的磁 分 路作 用 ， 永磁 磁势 同时 提供径 向磁通 和 轴 向磁 通 （ 图 ４中实 线 见 及虚 线 ） 。径 向磁通 路径 为 ： Ｎ极永 磁 体 Ｎ极 附加 导磁体 主气 隙叶 定 子齿 部及 轭 部 主气 隙一 Ｓ极
Ｍｏ ａ ｌ Ｐｏ ｒ Ｓ ａｉｎ ＆ Ｖｅ ｉｌ ｖ ｂｅ ｗｅ ｔｔｏ ｈｃ ｅ
Ｎｏ． ２ ３ ０ｌｌ
混 合 励 磁 电机 的 常见 结 构 及 原 理
张 文 昌 ， 功 山 ， 怀 杰 于 王
（ 济南吉美乐电源技术有限公司 ， 济南 ２ ０ ０ ） ５ １ １ 摘
理。
１ 混合励磁 电机 的基本概 念及 分类
混合 励磁 电机 是将 永磁 励磁 与 电励磁两 种励 磁 方 式进 行 合理 的有 机 结 合 ， 大 限度 地综 合 两 者 优 最 势 又 能 克 服 各 自缺 陷 的一 种 新 型 电 机 。 “ 合 励 混 磁 ” 想最 早 于 １８ 思 ９５年 由美 国人 提 出 ， 也可 称 为 组
收稿 日 ：０ １ ８１ 期 ２１－ — ０ ０
２１ 年 ０１
第３ 期
移
动
电 源
与
车
辆
４ ７
系决定了电机的调磁特性 。 ２３ 并 列式 混合 励磁 同步 电机 ．
２ ３ １ 并 列 式混 合励 磁 同步 电机结 构 ．．
并列 式 混合励 磁 同步 电机 结构 是 由表贴 式径 向
合励磁或双励磁 ， 指电机 内同时存在永磁励磁和 是 电励磁磁势源 ， 由它们相互作用共 同实现电磁能量 转换 ， 是对单一励磁方式 的有效拓宽与延伸。混合 励磁电机有不同的分类方式 ， 根据 电机原型和机理 不 同， 可以分为混合励磁同步 电机和混合励磁双凸 极 电机 两 大类 ， 前者 是在 同步 电机 原 理基 础 上 产 生 的 ， 者是 以磁 阻式 双 凸极 电机 为基础 。 后
制系统一道构成高性能发 电或驱动 系统。这样 ， 无 论是电动机 ， 还是发电机 ， 都迫切需要电机技术向更 高水 平发 展 ， 新结 构 、 新原理 电机 的研 究 引起 广 大 电 机爱好者的高度关注和研究兴趣 。混合励磁电机力 求最大程度综合永磁电机高效高功率密度和电励磁 电机 控制 方便 的优 势 而 克服 它 们 的 不 足 ， 为 电机 成 领域研究的一个热点。由于励磁方式 的变化 ， 混合 励 磁 电机 结构 的复杂 程度有 所增 加 ， 寻求 简单 、 理 合 的电机本体结构成为混合励磁电机设计的一个关键 所在 。
要： 阐述 了混合励磁 电机 的基 本概 念及 分类 ， 介绍 了混 合励 磁 电机 的常见结 构及 原 作 者 简 介 ： 文 昌 张
（９ ７一） 男 ， 东 １７ ， 山 肥城人 ， 程 师 ， 工 从 事 内燃机 电站产 品 研发工作 。
关键词 ： 混合励磁 电机 ； 构 ； 结 原理
加导磁体沿轴向向同一方 向延伸 ， Ｎ极 （ ｓ极 ） 或 附 加 导磁体 呈喇 叭状 扩 展 ， 合 成 内径 较 大 的 空 心 圆 集
柱形 Ｎ极 （ ｓ极 ） 形 导磁体 ； （ Ｎ极 ） 磁 或 环 Ｓ极 或 导 体呈 瓶颈 状 收缩 ， 合 成 外 径 较 小 的空同步 电机 和转子 磁 分路式 切 向结 构混 合励
磁同步电机 ； 并列式混合励磁同步电机 ； 并列式混合
励磁双凸极电机。下面将分别逐一介绍。 ２ １ 转 子磁分 路式径 向结构 混合 励磁 同步 电机 ．
２ １１ 径 向结 构混合 励磁 同步 电机 的结构 ．． 在径 向磁 化结 构 永 磁 同步 电机 的基 础 上 ， 分别 于转 子每 极永磁 体外 侧再 紧贴 放置 瓦 片形 附加 导磁 体 ， 图 １所示 ， 对 应 于 Ｎ极 和 Ｓ极 的 瓦 片形 附 如 将