大功率永磁同步发电机低电压调整率研究
直驱式永磁同步风力发电机概述
直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。
永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。
一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。
现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。
永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。
与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。
（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。
（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。
（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。
（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。
（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。
（7）永磁体存在退磁的可能。
目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。
2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。
永磁同步电机弱磁与过调制控制策略研究
永磁同步电机弱磁与过调制控制策略研究陈亚爱;陈焕玉;周京华;甘时霖【摘要】在前入研究的基础上,提出了一种提升永磁同步电机(PMSM)高速带载能力的控制策略.该控制策略能克服电机在最高转速时无法带载的弱点,可靠性高、易于实现.实现该控制策略的算法包含PMSM的弱磁控制和电压空间矢量的过调制控制,使电机能宽范围带载调速.为验证该控制策略,建立了内置式永磁同步电机(IPMSM)的仿真模型,搭建了试验平台,并进行了仿真和试验研究,验证了该控制策略的可行性和有效性.%On the basis of previous research,the control strategy of permanent magnet synchronous motor (PMSM) with high speed of load capacity was promoted,and the control strategy could overcome the weakness that the motor at the highest speed could not be loaded,high reliability and easy to implement.The algorithm of the control strategy includes the weak magnetic control of PMSM and the over modulation control of voltage space vector,so that the motor could be controlled in a wide range of speed.In order to verify the control strategy,the simulation model of interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) was built,the experimental platform was built,the simulation and experiment were carried out,and the feasibility and effectiveness of the control strategy were verified by simulation and experiment.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)011【总页数】7页(P26-31,37)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;过调制;控制策略;宽范围带载调速【作者】陈亚爱;陈焕玉;周京华;甘时霖【作者单位】北方工业大学电力电子与电气传动工程中心,北京 100144;北京纵横机电技术开发公司,北京 100081;北方工业大学电力电子与电气传动工程中心,北京100144;国家电网北京市电力公司顺义供电公司,北京 101004【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)转子安装方式可分为表贴式和内置式。
永磁同步电机 旋变调零
永磁同步电机旋变调零永磁同步电机是一种常用的电动机，具有高效率、高功率密度和良好的动态响应特性，被广泛应用于工业和交通领域。
然而，永磁同步电机在实际应用中存在一个重要的问题，即旋变调零。
本文将从旋变调零的原因、影响以及解决方法等方面进行探讨。
我们来了解一下什么是旋变调零。
旋变调零是指永磁同步电机在运行过程中，由于各种原因导致转子位置误差的累积，进而影响电机性能和系统稳定性的一种现象。
旋变调零主要包括转子位置误差的积分、转子位置误差的非线性和转子位置误差的耦合等三个方面。
那么，旋变调零的原因是什么呢？首先，由于永磁同步电机的转子是由永磁体组成的，转子位置误差的积分会导致转子位置的偏移。
其次，由于永磁同步电机的转子位置误差是非线性的，使得电机的控制系统难以准确地跟踪转子位置。
最后，由于永磁同步电机的转子位置误差是耦合的，即一个方向的误差会影响其他方向的误差，增加了调零的难度。
旋变调零对永磁同步电机的影响是显而易见的。
首先，旋变调零会导致电机的转子位置不准确，从而影响电机的性能和效率。
其次，旋变调零会增加电机的振动和噪声，降低电机的稳定性和寿命。
最后，旋变调零还会增加电机的能耗，降低电机的能效。
那么，如何解决旋变调零问题呢？目前，有多种方法可以解决旋变调零问题。
首先，可以通过提高电机的控制精度和控制算法来减小旋变调零的影响。
其次，可以通过增加传感器的数量和精度来提高对转子位置的测量精度。
最后，可以通过增加电机的结构设计和改进磁场分布来减小旋变调零的影响。
总结起来，永磁同步电机的旋变调零是一个重要的问题，会影响电机的性能和系统稳定性。
为了解决旋变调零问题，需要提高电机的控制精度、改进传感器的测量精度以及优化电机的结构设计。
只有通过不断地研究和创新，才能进一步提高永磁同步电机的性能和应用范围。
《2024年永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》范文
《永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》篇一摘要：随着现代工业的快速发展，永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高精度和良好的调速性能，在工业自动化、新能源汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文针对永磁同步电机矢量控制系统展开研究与设计，通过深入分析其控制策略与系统结构，提高电机控制的准确性与稳定性。
一、引言永磁同步电机（PMSM）是一种依靠永磁体产生磁场的同步电机，具有结构简单、运行效率高等优点。
而矢量控制技术作为一种先进的控制方法，可以实现对永磁同步电机的精确控制。
本文旨在研究与设计一种高性能的永磁同步电机矢量控制系统，以提高电机的运行性能和效率。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，实现电机的转动。
其运行性能与电机的参数、控制策略等密切相关。
因此，了解电机的运行原理和特性，是进行矢量控制系统设计的基础。
三、矢量控制技术分析矢量控制技术是一种先进的电机控制方法，通过精确控制电机的电流分量，实现对电机转矩和转速的精确控制。
本文将深入分析矢量控制技术的原理、方法及优点，为后续的系统设计提供理论依据。
四、系统结构设计系统结构设计是永磁同步电机矢量控制系统的关键部分。
本文将设计一种以数字信号处理器（DSP）为核心的控制系统，包括电源模块、电流检测模块、速度检测模块、控制器模块等。
通过合理的系统结构设计，实现电机的高效、稳定运行。
五、控制策略研究在控制策略方面，本文将采用基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的矢量控制方法。
通过对电机的电流分量进行精确控制，实现对电机转矩和转速的精确控制。
同时，将引入现代控制理论，如模糊控制、神经网络控制等，进一步提高系统的控制性能和鲁棒性。
六、仿真与实验分析为了验证所设计系统的可行性和有效性，本文将进行仿真与实验分析。
通过建立电机的仿真模型，对所设计的矢量控制系统进行仿真测试。
同时，将在实际电机上进行实验测试，分析系统的运行性能和控制效果。
简述永磁同步电机调速
简述永磁同步电机调速永磁同步电机调速是指通过控制永磁同步电机的电流和电压来实现电机转速的调节。
永磁同步电机调速具有调速范围广、响应快、效率高等优点，因此广泛应用于工业生产和交通运输等领域。
永磁同步电机调速的基本原理是通过改变电机的磁场状况来调节电机的转速。
永磁同步电机的磁场由永磁体和定子产生，通过控制定子的电流和永磁体的磁通量，可以改变电机的磁场分布，从而实现转速的调节。
永磁同步电机调速通常采用矢量控制或直接转矩控制两种方式。
矢量控制是指通过测量电机的转速和电流，利用数学模型计算出电机的磁场分布，然后根据需要调节电机的磁场分布，从而控制电机的转速。
直接转矩控制是指通过测量电机的转矩和电流，直接控制电机的转矩，从而实现转速的调节。
在永磁同步电机调速中，控制器起着关键作用。
控制器通过测量电机的转速和电流，计算出电机的转矩和转速误差，然后根据控制算法产生控制信号，通过控制电机的电流和电压来调节电机的转速。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
永磁同步电机调速还可以通过改变电机的供电电压来实现。
通过改变电机的供电电压，可以改变电机的磁场分布，从而影响电机的转速。
常见的供电电压调整方法有变压器调压、直流电压调节和PWM调制等。
永磁同步电机调速在工业生产中有广泛应用。
例如，在机床和风力发电机组中，永磁同步电机调速可以实现转速的精确控制，提高生产效率和能源利用率。
在电动汽车和轨道交通中，永磁同步电机调速可以实现车辆的平稳起步和高速行驶，提高车辆的性能和安全性。
永磁同步电机调速是一种通过控制电机的电流和电压来实现转速调节的技术。
它具有调速范围广、响应快、效率高等优点，并且在工业生产和交通运输等领域有重要应用。
随着科技的不断进步，永磁同步电机调速技术将进一步发展和完善，为各行各业带来更多的便利和效益。
《2024年永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究》范文
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究》篇一一、引言随着现代工业和电动汽车的快速发展，永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、节能的电机驱动技术，已得到广泛应用。
然而，传统PMSM控制系统需要依赖位置传感器来实现对电机的精确控制，这不仅增加了系统的复杂性和成本，而且容易受到环境干扰。
因此，无位置传感器控制策略成为了当前研究的热点。
本文旨在研究永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略，以提高电机控制系统的性能和可靠性。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机是一种基于磁场同步原理的电机，其转子采用永磁体材料，无需外部电源供电。
当电机通电时，定子产生的磁场与转子永磁体产生的磁场相互作用，使转子以同步速度旋转。
因此，永磁同步电机的控制关键在于如何准确控制定子磁场与转子永磁体磁场之间的相互作用。
三、无位置传感器控制策略研究无位置传感器控制策略主要依赖于电机电流和电压等电气信息来估算电机转子的位置和速度。
在全速度范围内实现无位置传感器控制，需要针对不同速度段采用不同的控制策略。
1. 低速段控制策略在低速段，由于电机反电动势较小，无法通过反电动势估算转子位置。
因此，可采用基于模型的方法或观测器来估算转子位置。
例如，可以采用扩展卡尔曼滤波算法或滑模观测器等方法，根据电机电气信息构建观测模型，实现对转子位置的估算。
2. 中高速段控制策略在中高速段，电机反电动势逐渐增大，可以通过反电动势估算转子位置。
此时，可采用基于反电动势的控制策略。
通过检测电机定子电压和电流，计算反电动势，进而估算转子位置和速度。
此外，还可以采用模型预测控制、直接转矩控制等先进控制策略，提高电机控制的精度和响应速度。
四、全速度范围控制策略实现为了实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制，需要将低速段和中高速段的控制策略相结合。
可以采用分段控制的方法，根据电机速度和反电动势的大小，自动切换控制策略。
同时，为了确保控制的稳定性和准确性，还需要对控制系统进行优化和调试。
基于磁极偏移的新型永磁同步电机性能研究
图 12
磁极偏移负载感应电压
磁极偏 移 前 好 ， 波 形 更 加 平 滑。 磁 极 偏 移 前 后 电机输出转矩波形如图 13 所示 。 由图 13 可知 ， 磁极偏移后 ， 转矩脉动幅值减小 ， 这对减小电机 、 的噪声振动 提高电机的控制精度有利 。
图 13
负载输出转矩波形
图9
负载磁通密度分布图
磁极偏移角度
磁极 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 偏移角度 （ 3． 75° 的倍数） 0 1 1 2 0 1 1 3
偏移角度 （ 3． 75° 的倍数） 1 3 2 3 1 3 2 2
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2014 ， 41 （ 11 ）
研究与设计EMCA
［3 ］ ∞
T cog =
T N i sin（ N S iα） ∑ i =1
s
（ 1）
— —极数 2 p 和槽数 Q 的最小公倍数； 式中： N S — — —磁极与定子齿相对位置角； α— — —齿槽转矩谐波的傅里叶系数。 T N si — 把几个对应相等定子槽（ 正整数个） 的相邻永磁 体分为一组。若一组永磁体组不动， 则相邻的另一
* 基金项目： 河北省自然科学基金 （ E2012502018 ） ； 中央高校基本科研业务费专项资金（ 13MS76 ）
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研究与设计EMCA
2014 ， 4ห้องสมุดไป่ตู้ （ 11 ）
［ 3， 6 ］
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研究与设计EMCA
2014 ， 41 （ 11 ）
图 11
磁极均分负载感应电压
图8
空载感应电压
图 10 — 36 — 负载磁力线分布
永磁同步发电机的工作原理
永磁同步发电机的工作原理一、基本原理从6.2节可见，永磁同步发电机是由定子与转子两部分组成，定子、转子之间有气隙。
永磁同步发电机的定子与普通交流电机相同，转子采用永磁材料。
其主磁通路径如图6-28所示。
图6-28 永磁同步发电机主磁通路径图6-29（a）为一台两极永磁同步发电机，定子三相绕组用3个线圈AX、BY、旋转，永磁磁极产生旋转的气隙磁场，其CZ表示，转子由原动机拖动以转速ns基波为正弦分布，其气隙磁密为——气隙磁密的幅值；式中B1θ——距坐标原点的电角度，坐标原点取转子两个磁极之间中心线的位置。
图6-29 两极永磁同步发电机在图6-29（a）位置瞬间，基波磁场与各线圈的相对位置如图6-29（b）所示。
定子导体切割该旋转磁场产生感应电动势，根据感应电动势公式e=Blv可知，导体中的感应电动势e将正比于气隙磁密B，其中l为导体在磁场中的有效长度。
基波磁场旋转时，磁场与导体间产生相对运动且在不同瞬间磁场以不同的气隙磁密B切割导体，在导体中感应出与磁密成正比的感应电动势。
设导体切割N极磁场时感应电动势为正，切割S极磁场时感应电动势为负，则导体内感应电动势是一个交流电动势。
对于A相绕组，线圈的两个导体边相互串联，其产生的感应电动势大小相等，方向相反，为一个线圈边内感应电动势的2倍（短距绕组需要乘短距系数，见第3章）。
将转子的转速用每秒钟内转过的电弧度ω表示，ω称为角频率。
在时间0～t内，主极磁场转过的电角度θ=ωt，则A相绕组的感应电动势瞬时值为——感应电动势的有效值。
式中E1三相对称情况下，B、C相绕组的感应电动势大小与A相相等，相位分别滞后于A相绕组的感应电动势120°和240°电角度，即可以看出，永磁磁场在三相对称绕组中产生三相对称感应电动势。
关于定子绕组中感应电动势的详细计算可参照第2章。
导体中感应电动势的频率与转子的转速和极对数有关。
若电机为两极电机，周，则导体中电动势交转子转1周，感应电动势交变1次，设转子每分钟转ns/60。
永磁同步电机的调速原理
永磁同步电机的调速原理最近在研究永磁同步电机的调速原理，发现了一些有趣的事儿，今天就跟大家来聊聊。
不知道你们有没有注意过电动自行车呢？你一拧把手，车就跑起来，而且速度还能根据你的需求改变。
这背后其实就有点像永磁同步电机调速原理的实际应用呢。
那永磁同步电机调速到底是怎么一回事儿呢？永磁同步电机啊，它里面有一个永磁体产生恒定的磁场，还有一个由三相交流电产生的旋转磁场。
这两个磁场相互作用，电机就开始转动了。
这就好比是两个小伙伴，一个是固定不动，力量却很稳定的大力士（永磁体磁场），另一个是按照一定节奏舞动变化的小机灵鬼（三相交流电产生的旋转磁场），他们俩相互作用就推动了电机这个“大玩具”转动。
说到这里，你可能会问，那这个速度是怎么调整的呢？这就要说到改变频率的事儿了。
频率啊，就像是小机灵鬼（三相交流电产生的旋转磁场）跳舞的节奏。
如果我们加快这个跳舞的节奏，两个磁场相互作用起来就更快，电机也就转得更快，速度就提上去了；反之，要是把节奏放慢，电机的转速也就降低了。
从理论上来说呢，这个跟电机的同步转速公式有关系，同步转速n = 60f/p (其中f就是频率，p是电机的极对数)。
这就像一个规定好的数学魔法公式一样。
我老实说，我一开始也不明白为什么简单地改变频率就能调速。
这就好比是更改音乐播放的速度，怎么就能让机器的转速跟着改变呢？后来我仔细研究发现这个频率的变化影响了磁场的磁极旋转速度，一改变，在永磁体磁场这个不变的大前提下，相互作用的结果就变了。
在实际应用里，咱们前面说的电动自行车就是一个例子。
还有像电动汽车、电梯的驱动系统都会用到永磁同步电机调速原理。
但是这里面也有一些注意事项哦。
比如说如果调速不当，可能会引起电机过热，甚至失去同步转动的稳定性。
延伸思考一下，随着科技的发展，我们能不能找到更高效、更精确的调速方法呢？永磁同步电机调速原理有没有可能跟其他技术结合起来，让设备的性能得到更大的提升呢？希望大家能一起讨论讨论。
永磁同步电机的弱磁控制方法
永磁同步电机的弱磁控制方法
永磁同步电机的弱磁控制方法主要是通过改变电机的定子电压来实现。
具体的方法包括：
1. 降低定子电压：降低定子电压可以减少磁场的强度，从而实现弱磁控制。
可以通过调节主控制器的输出电压或者使用变压器等方式降低定子电压。
2. 改变定子电流相位：可以通过改变定子电流的相位来改变磁场的强度。
通过控制主控制器的开关方式，可以改变电流的相位，从而达到弱磁控制的目的。
3. 调节磁场励磁：可以通过调节电机的励磁电流来改变磁场的强度。
通过控制主控制器的励磁电流，可以实现弱磁控制。
4. 使用矢量控制方法：矢量控制方法是一种智能控制方法，可以通过控制电流和磁场的方向来实现弱磁控制。
通过计算电机的电流和磁场的方向，然后调节主控制器的输出，可以实现弱磁控制。
总的来说，弱磁控制方法主要是通过调节定子电压、定子电流相位、励磁电流或使用矢量控制方法来实现。
这些方法可以有效地控制永磁同步电机的磁场强度，从而实现弱磁运行。
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第３５卷第４期 ２ ０１ ６年１ ２月 计 算技术与 自 动化
Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｖ０１．３５．Ｎｏ．４
Ｄｅｃ．２ ０ １ ６
文章编号：１００３～６１９９（２０１６）０４—００５１—０５
大功率永磁同步发电机低电压调整率研究 李虎如 ，兰志勇，廖克亮，魏雪环，陈麟红 （湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭４１１１０５） 摘要：为研究大功率永磁同步发电机电压调整率的降低措施，采用场路结合法进行定性研究，然后通 过有限元法进行定量研究。首先定性分析永磁同步发电机的电压调整率，然后定量分析发电机的气隙长 度、定子槽型、铁心长度等参数，最后通过多参数优化永磁同步发电机电压调整率与之前的仿真比较，证实 多参数优化的正确性。 关键词：永磁同步发电机；电压调整率；多参数 中图分类号：ＴＭ３１３ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
ＬＩ Ｈｕ—ｒｕ’，ＬＡＮ Ｚｈｉ—ｙｏｎｇ，ＬＩＡＯ Ｋｅ—ｌｉａｎｇ，ＷＥＩ Ｘｕｅ—ｈｕａｎ，ＣＨＥＮ Ｌｉｎ—ｈｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇ Ｔａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ，Ｈｕｎａｎ ４１１１０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒ— ｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｉｒ ｇａｐ ｌｅｎｇｔｈ，ｓｌｏｔ ｔｙｐｅ，ｃｏｒｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｑｕａｎｔａｔｉｖｅｔｙ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｏｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｅ；ｍｕｌｔｉ ｐａｒａｍｅｔｅｒ
１ 引 言 稀土永磁同步发电机不仅省去励磁绕组、集电 环和电刷，结构更加简单运行可靠，同时稀土永磁 使得气隙磁密增大，显著缩小了电机的体积提高了 功率与发电质量。但由于发电机制成后磁场难以 调节使得永磁同步发电机的应用受到限制。通过 降低永磁同步发电机的电压调整率可提高发电机 的性能，减轻对用电设备的影响，扩大应用范 围口 ］。文献［３—５］对永磁同步发电机的电压调 整率进行了定性分析。文献Ｅ６］针对前文的定性分 析，对降低永磁同步发电机的电压调整率进行了定 量研究。 本文通过对一台大功率永磁同步发电机的电 压调整率进行定量研究，通过多参数优化设计，达 到降低发电机电压调整率的目的。
２永磁同步发电机的电压调整率 永磁同步发电机的固有电压调整率ＡＵ是其 重要性能指标之一，是指在负载变化而转速保持不 变的情况下的输出电压的变化，其数值完全取决于 发电机本身的基本特性。其表达式如式（１）所
收稿日期：２０１６—０４—０１ 作者简介：李虎如（１９９２一），男，湖南岳阳人，硕士研究生，研究方向：电机与电器。 十通讯联系人，Ｅ—ｍａｉｌ：４６０２１３９７７＠ｑｑ．ｃｏｒｎ 计算技术与自动化 ２０１６年１２月 示［ ： ＡＵ＝（Ｅ。一Ｕ）／ｕＮ×１００ （１） 其中 为空载反电动势，Ｕ为输出电压，Ｕ 为额定电压。 岛 ／Ｉ ／ Ｊ
图１ 电阻电感性负载时相量图 如图１所示为永磁同步发电机带电阻电感性 负载时的相量图。通过相量图可得永磁同步发电 机输出电压相量方程为：
Ｅｏ—Ｕ＋ Ｒ ＋ ｊ Ｘ ＋ Ｉ ｑＸ。 （２） 式中，ｊ为电枢电流，Ｒ 为电枢电阻， 。、 分 别为电枢电流交、直轴分量，Ｘ。、 分别为交、直 轴同步电抗。 通过场路结合法计算可得，永磁同步发电机输 出电压计算公式为： ｕ一￣／ ＋聆ｘ ＣＯＳ 一焉（Ｒ１ ｓｉ 一Ｘ１ ｃｏｓ￣） 一 （Ｒ１ＣＯＳ ＋Ｘ１ ｓｉｎ ） （３） 其中 为额定负载时直轴内电动势（Ｖ）， 为额定电流（Ａ）， 为内功率因素角， 为功率因 素角。 一４．４４ｆＮＫ劫Ｋ （４） 由公式（１）、（３）、（４）可知，降低电压调整率可 通过在给定的空载反电动势时尽量增大发电机的 输出电压，或是降低电枢反应引起的去磁磁通量、 减小定子漏抗、减小电枢电阻等。 ３降低电压调整率的定量分析 通过上文分析可得降低永磁同步发电机电压 调整率的基本方法，具体到发电机的电机参数主要 有气隙长度、定子槽型、铁心长度、每相串联匝数、 永磁体充磁方向长度、永磁体矫顽磁力等方面。 本文通过设计一台表贴径向式的永磁同步发 电机样机，采用Ａｎｓｏｆｔ Ｍａｘｗｅｌｌ软件进行仿真计 算，对上述参数进行分析。样机基本参数如下表。 表１ 电机定转子主要尺寸 参数 数值 额定功率 额定转速 级数 相数 额定电压 定子外径 定子内径 转子外径 转子内径 铁心长度 磁钢厚度 气隙长度 电压调整率 首先对各参数对电压调整率的影响进行单一 变量的计算。 ３．１气隙长度的影响 电机气隙长度 指的是定、转子间存在的空隙 长度，气隙长度的大小能影响永磁电机的每极磁 通，同时也能够改变磁路磁阻影响电枢反应。 的 改变可通过改变定转子的直径达到，本文通过改变 定子内径来改变气隙长度。采取隔点０．１ ｍｍ进 行取样分析电压调整率，采样结果如表２所示。 表２气隙长度对电压调整率的影响 （？／ｍｍ １．３ １．４ １．５ １．６ １．７ １．８ △Ｕ／％ ７．９９ ７．９２ ７．８６ ７．８Ｏ ７．７４ ７．６８
分析上表可以看出，随着气隙长度的增加，电 压调整率逐步降低，每０．１ ｍｍ间隔点，电压调整 率变化约在０．０６ 。 ３．２定子槽的影响 本文设计样机采用的是梨形槽，形状如下图 所示。
图２ 梨形槽示意图 设计时采用改变梨形槽槽深、槽宽以及槽口宽 的方式。其中槽深主要以为Ｈ 目标参数，样机取
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驼 们勰 Ｍ Ｌ 第３５卷第４期 李虎如等：大功率永磁同步发电机低电压调整率研究 值为２５ ｍｍ。由于定子槽存在相互平行的设计， 因此改变槽宽时，可通过改变齿宽实现。定义ｂ 为上槽宽与下槽宽的几何值，样机取值为６．５ ｍｍ，槽口宽样机取值为３．８ ｍｍ。 ３．２．１ 槽身宽的影响 取间隔点０．５ ｍｍ改变槽身宽度，采样结果如 表３所示。 表３槽身宽对电压调整率的影响 ６ ／ｍｍ ５．５ ６ ６．５ ７ ７．５
在发电机其他参数基本保持不变的情况下，定 子槽深与槽口宽不变时，改变定子槽身宽，取０． ５ｍｍ的间隔，电压调整率平均改变０．５２ 。 ３．２．２槽身深的影响 取间隔点１ ｍｍ改变槽身宽度，采样结果如表 ４所示。 表４槽身深对电压调整率的影响 Ｈ ／ｍｍ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６ ２７ △Ｕ／ ７．４７ ７．５９ ７．７２ ７．８６ ８．０ ８．１４
定子槽身宽与槽口宽不变时，改变定子槽深， 取１ ｍｍ间隔点改变，电压调整率平均改变 ０．１４ ，随槽深加大呈上升趋势。 ３．２．３ 槽口宽的影响 取间隔点０．２ ｍｍ改变槽口宽度，采样结果如 表５所示。 表５槽口宽对电压调整率的影响 ｂ ０／ｍｍ ３．４ ３．６ ３．８ ４．０ ４．２
定子槽身宽与定子槽深不变时，改变定子槽口 宽，取０．２ ｍｍ为间隔改变，可见电压调整率平均 改变０．０６ ，随槽口宽增加呈下降趋势。 ３．３铁心长度的影响 由永磁同步发电机基本定义可知，定子铁心长 度Ｌ 与永磁体轴向长度ＬＭ相等，也等同与转子 铁心长度，因此在仿真计算是需要同时改变定、转 子铁心长度。取隔点为５ ｍｍ改变发电机铁心长 度Ｌ ，采样结果如表６所示。
表６铁心长度对电压调整率的影响 Ｌｌ／ｍｍ △Ｕ／％
铁心长度增加，定、转子、永磁体以及铜的用量
均增加，电压调整率也随之增加，铁心长度每增加 ５ ｍｍ，电压调整率平均增加０．６ 。 ３．４每相串联匝数的影响 电枢绕组每相的串联匝数Ｎ与空载反电动 势、额定负载时的直轴电动势、直轴电枢反应电抗、 交轴电枢反应电抗均成正比关系。且每相串联匝 数减小时，空载反电动势的变化要小于交轴电枢反 应电抗。样机取值为１４，且由于样机是采用双层 绕组，因此取间隔点值２，采样结果如下。
表７每相串联匝数对电压调整率的影响 Ｎ １０ １２ １４ １６ １８ △【，／％ １．９ｌ ４．１ ７．８６ １３．６ ２１．５６
从上表可看出，随着匝数的增加，电压调整率 也增加。但当匝数改变为１０或者１２时，输出电压 过低，电机设计不合理。 ３．５永磁体充磁方向长度的影响 由定义可知，永磁体充磁方向长度即永磁体厚 度。能够直接影响产生的磁密、主磁导以及漏磁导 等。取隔点为１ ｍｍ改变永磁体的磁化方向长度 ｈＭｐ，进行采样分析，得出结果如下表。
表８永磁体厚度对电压调整率的影响 ｈＭｐ／ｒａｍ １３ １４ １５ １６ １７ １８
从上表可以看出随着永磁体磁化方向的长度 增加，电压调整率随之减小，每间隔１ ｍｍ，电压调 整率平均降低０．３３ 。 ３．６永磁体矫顽磁力的影响 由定义可知永磁体的矫顽磁力Ｈ 的大小直 接反映永磁材料的抗去磁能力的大小，也直接影响 永磁体的磁动势。在保持电机参数相对不变的情 况下，取隔点为１０采样分析永磁体矫顽力Ｈ ，采 样结果如表９所示。