用于5 kW便携式发电系统的永磁同步发电机设计

杨百鑫

(绍兴电力局，浙江绍兴312000)

0 引 言

传统的小型发电机一般是工频发电机，体积大而笨重，移动携带也很不方便，且输出电压受原动机转速和负载的影响较大，谐波重、电压畸变率高，难以达到较高的技术指标［1］。

便携式发电系统主要由汽(柴)油机、同步发电机和控制器构成［2］，该系统大大减小了传统工频发电机的弊端，体积和重量更小，易于携带。同步发电机采用中频永磁发电机，这样省去了励磁绕组和容易出问题的集电环和电刷，结构简单，体积小。永磁同步发电机输出三相交流中频电，需要后续控制系统通过交-直-交方案将其变为220 V单相工频交流电，结构如图1所示。

本文所考虑的便携式发电系统中，原动机转速为3 600 r/min，认为其基本保持不变。永磁发电机设计输出功率为6 kW，主电路要求输出三相电，额定负载时线电压达到300 V或更高(后续电力电子变换器要求直流母线电压达到390V，因而线电压不小于300 V，整流部分采用半控桥，因而电压略高于300 V也可)，频率为400～600 Hz，对输出电压正弦性以及电压调整率等条件要求并不严格。同时，发电机也需提供一个辅助电源作为控制器的工作电源，要求输出单相交流电，有效值达到12 V，设计输出功率100 W。

图1 便携式发电系统结构

考虑上述发电系统的要求，本文结合Ansoft相关软件的应用，利用磁路法(RMxprt)的快速计算，确定发电机定转子的大体结构和尺寸、绕组型式，然后进行有限元电磁场(Maxwell 2D)计算，修正电机的设计参数。最后制作样机进行相关实验，通过实验验证该设计的准确性。……