孙立志 高小龙 姚 飞 安群涛 Thomas A. Lipo



基于开放绕组的新型无刷谐波励磁同步发电机

孙立志1高小龙1姚 飞1安群涛1Thomas A. Lipo2

（1. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 哈尔滨 150001 2.威斯康辛大学麦迪逊分校 麦迪逊 53706）

在开放式绕组发电机中，三相定子电流可以包含完全相同的谐波电流成分，例如3次谐波电流。本文据此提出了一种新型的无刷谐波励磁同步发电机结构。与已有利用转子磁场所包含的3次谐波磁场的励磁技术不同，该原理利用定子开放绕组中的3次谐波电流成分或高频单相电流成分或直流成分所产生的定子脉振磁场在转子谐波绕组中产生感应电动势，经整流后为转子励磁绕组提供励磁电流，从而在不采用独立励磁机的前提下实现无刷化的电励磁同步发电机。本文对该谐波励磁原理进行了理论分析及电磁场有限元计算验证，并在此基础上进行了样机实验验证，证明了该原理的可行性。该谐波励磁原理的意义在于，提供了一种无刷励磁的同步发电机方案，以期减少高性能发电机对日益昂贵的稀土永磁材料的依赖与消耗。

同步发电机 开放绕组 谐波励磁 有限元分析

0 引言

稀土永磁发电机具有高效能及高功率密度等特点，在许多领域获得了广泛的应用，但是其还存在许多问题。一方面，稀土永磁材料的价格不断上涨，并且随着稀土永磁材料的大量应用，使得稀土资源必然面临供应紧张的问题。另一方面，由于永磁发电机励磁磁场不能调节的固有特点，使得永磁发电机作为电动机运行时，恒功率区较窄，转速范围受到限制，高速运行时往往需要弱磁控制，控制复杂，并且会产生额外的损耗；……