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永磁發電機在航空工業中的應用

 

近些年以來,在高速電機領域,由于工作環境非常惡劣,使得普通電機難以適應,因此具有高功率密度、高可靠性、高效率、結構簡單、良好的性能及容錯能力等特點的永磁發電機被廣泛應用。隨著我國工業化水平的提高以及國防現代化建設的深入,高速永磁發電機在航空航天、分布式發電系統等許多軍工領域都具有很大的發展潛力。


在現代航空飛機中,發電機部件具有十分重要的地位。為了使得發電機在航空飛機中能夠安全穩定的運行,這就需要在技術上對發電機進行改進。當前,許多軍用及民用航空飛機的電源系統均是采用直流發電機及三級式同步發電機。早期的航空發電機大多均采用有刷直流發電機,由于電刷的存在以及空氣介電強度不夠,會使得電機在高空稀薄的空氣中由電樞產生的電弧很難被熄滅,因此,造成了發電機等很多用電設備的損壞。同時,有刷直流發電機結構相對復雜,轉速不會太高,這樣導致電機的功率密度不大并且不便于維修,一定程度上制約了應用。目前,在航空領域應用最多的是由主發電機、勵磁機、永磁體副勵磁機組成的三級式同步發電機,由于自身結構省去了電刷裝置,較比有刷直流發電機來說,減小了機械損耗,提升了效率。但是也有些不足,在實際工作中,會出現裝配困難,發電機各部分機構會出現松動等一系列問題。


永磁發電機由于一般采用高矯頑力、高磁能積的永磁材料,這樣對于體積及重量上均有嚴格要求的航空領域的發電機來說,永磁電機的出現將具有非常大的優勢。普通的航空飛行器中,每0.5kg的機載設備,其支撐附件一般約為7.5kg至15kg。發電機應用永磁材料后,可以增大發電機的氣隙磁密,轉速也可以增加到最佳值,從而顯著縮小發電機的體積并且提高功率質量比。由于永磁發電機無需勵磁,省去了轉子上的勵磁繞組,轉軸上也無需安裝滑環,因此沒有傳統發電機上存在的電刷滑環接觸不良、勵磁短路及斷路等一系列故障,同時也不存在勵磁、電刷滑環的摩擦等所帶來的損耗,可直接由原動機傳動軸驅動,省去了機械變速裝置,從而體現了永磁發電機在結構、效率及可靠性上的優勢。雖然高速永磁發電機在航空領域具有廣大的應用前景,但其應用范圍還有一定的局限,這是因為制造完好的永磁發電機氣隙磁場不易調節,不能根據需要來控制輸出的電壓,這樣一來永磁發電機的電壓調整率也難以改變,與此同時,永磁材料的溫度系數較大,在負載或使用環境溫度發生變化時引起輸出電壓的變化,直接影響用電負載的正常工作。此外,不同的永磁材料在性能上存在差異以及分散的加工工藝也可以使得輸出電壓分散。因此,在電機設計的過程中盡量要找到降低永磁發電機的電壓調整率的措施,從而得到滿足要求的發電機性能指標。




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