永磁發電機的應用
永磁發電機采用永磁體生成發電機的磁場，無需勵磁線圈也無需勵磁電流，效率高結構簡單，是很好的節能發電機，隨著高性能永磁材料的問世和控制技術的迅速發展，被柴油發電機組行業廣泛應用，逐漸替代原先的無刷發電機和相復勵發電機。由于永磁同步發電機“勵磁不可調導致輸出電壓不可調”這一根本的問題不可避免，因而決定了永磁發電機的應用方式。
圖1 永磁發電機結構圖
1．工頻永磁發電機
工頻永磁發電機即發電機從定子繞組輸出端即為工頻電壓。這種永磁發電機充分體現了結構簡單、效率高、高可靠性的特點，轉子結構上永磁磁極對數同電勵磁發電機分別為2對（轉速為1500r/min）和1對（3000r/min）磁極，整個發電機單相兩線、三相四線輸出，雖然永磁發電機電壓調整率小，但接近額定負載或過載狀況將使發電機輸出電壓有所下降，同時轉速下降對發電機輸出電壓影響也較為明顯。
2．中頻永磁發電機
為了提高永磁發電機組的功率/重量比，轉子的磁極可達10對左右，原動機轉速最高可達6000r/min，發電機輸出電能的頻率為（以磁極對數為10，轉速分別為1500r/min、3000r/min、6000r/min為例）250、500、1000hz，所以稱為中頻。而工頻為50hz或60hz，因而中頻永磁發電機發出的電能不能直接使用，需要將發電機發出的三相交流電通過整流技術變成直流電，然后通過逆變技術再將直流變為交流，且在標定的輸出功率范圍內和一定的轉速（頻率）變化范圍內保持恒頻恒壓的電壓輸出。大功率永磁中頻發電機結構如圖2所示。這種永磁發電機為中頻永磁發電機與整流逆變控制單元的組合。
圖2 大功率永磁中頻發電機結構圖
整流逆變控制單元的逆變電路采用spwm正弦脈寬調制控制，如圖3所示，為單級式脈寬調制波的產生原理。所謂spwm波形就是與正弦波形等效的一系列幅值相等而寬度不等的矩形脈沖波形。這樣第n個脈沖的寬度就與該處正弦波值近似成正比，因此半個周期正弦波的spwm波是兩側窄、中間寬，脈寬按正弦規律逐漸變化的序列脈沖波形。
以spwm三相逆變橋為例進行說明，如圖4所示為雙電平三相四橋臂拓撲結構圖。spwm三相逆變器的主電路由8個全控式功率開關器件（分別是u、v、w、n對應的上管t1、t3、t5、t7和下管t2、t4、t6、t8）構成的三相四橋臂逆變橋，它們各有一個續流二極管反并聯。圖中uc為等腰三角形的載波，ur為正弦調制波，調制波和載波的交點決定了spwm脈沖序列的寬 度和脈沖間的間隔寬度，如圖3-12所示，當某相的ur＞uc時，該相的管導通，輸出正弦脈沖電壓uo，當ur＜uc時，該相的上管關斷，輸出正弦脈沖電壓uo＝0，在ura負半周，用同樣方法控制該相的下管，輸出負的脈沖電壓序列，改變調制波頻率時，輸出電壓基波頻率隨之改變，降低調制波幅值ur時，各段脈沖的寬度變窄，輸出電壓基波幅值減少。
圖3 永磁發電機spwm信號原理示意圖
圖4 永磁發電機雙電平三相四橋臂拓撲結構圖
在基本正弦脈寬調制控制的原理上，利用神經網絡優化計算pwm開關角，使輸出電壓基波幅值最大，同時負載電流中的高次諧波含量最小。因而電路具有效率高，體積重量小的特點，其電氣特性優良，電壓精度不超過±1％、thd小于3％、頻率波動小于0.1hz，且可并聯、并網工作。目前，主功率器件igbt的工作頻率為20khz，整機效率在95％以上。若采用新一代的高速igbt，可設計功率電路工作頻率在40～50khz，這將進一步減小輸出濾波器的體積和重量。
由此可見，以上兩種永磁同步發電機是一種高品質的電源設備，永磁同步發電機的輕便性、可靠性和高品質電路是戰時電源保障和應急電源的最佳設備。但由永磁同步發電機引入了整流逆變環節，成本提高，比同功率電勵磁同步發電機的一次性投資大。

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