并列结构混合励磁同步发电机及其交流励磁控 制系统 技术领域

本发明属于同步电机交流发电的技术领域。特 别涉及一种并列结构混合励磁 同步发电机及其交流励磁控制系统。

背景技术

永磁同步电机具有可靠性高、 效率高以及体积小等优点， 相对于传统的电励 磁同步电机具有许多优势。 但是永磁电机由于转子采用永磁磁钢励磁， 气隙磁场 调节困难， 作为发电机运行， 当温度升高时， 永磁磁钢产生可逆退磁， 使发电机 输出电压降低， 另外， 当发电机负载改变时， 尤其是当感性负载增大时， 输出电 压进一步降低。 通常永磁发电机的电压变化率在 ± 10%左右， 影响负载设备的可 靠运行。 于是混合励磁同步电机被提出并进行了大量的 研究， 出现了多种结构的 混合励磁电机， 按电励磁磁场与永磁磁场的叠加方式可分为串 励式、 并励式和混 励式三种结构， 它们的主要思想是永磁磁场依然作为电机的主 磁场， 电励磁部分 调节电动势需要调节的部分， 从而保证了发电机输出电压的稳定。

从目前混合励磁电机的技术上看， 电励磁部分大多采用直流电流励磁， 由于 直流电流产生的是相对于励磁绕组位置固定不 变的磁场， 为了在定子绕组中感应 大小可调节的交流感应电动势， 常见的直流电流励磁方案大致有三类。 第一类方 案的电励磁部分类似于传统的电励磁发电机， 通过电刷和滑环把直流励磁电流引 入到转子上的励磁绕组， 依靠转子旋转使电励磁磁场旋转起来， 如发明专利号为

ZL. 200310106347.6的混合励磁同步电机， 该种方案由于电刷和滑环的存在降低 了电机的可靠性以及环境适应性。

'第二类种方案是采用双凸极结构的混合励磁� �机， 流过电机定子上励磁绕组 的直流电流产生位置固定不变的磁动势， 通过转子旋转时磁路磁阻的变化使定子 磁通发生变化， 从而在电枢绕组中感应交变的电动势， 如发明专利号为 ZL. 200310106346.1 的双凸极混合励磁同步电机， 该种方案由于利用磁阻式工作原 理， 使输出电压正弦性不是很理想。

第三类方案的电励磁部分采用爪极电励磁结构 ， 励磁绕组放置在电机端盖部 分， 电励磁部分转子相邻的爪极依次为 N极和 S极，从而在电励磁部分的定子电 枢绕组中感应交流电动势， 通过改变直流励磁电流的大小来改变电励磁感 应电动 势的大小，例如申请号为 200810024775.7的并列结构混合励磁无刷同步电机� ��但 是该种方案在电励磁磁路上除了工作气隙， 还存在附加气隙， 爪极之间漏磁也比 较大， 需要消耗更多的电励磁磁动势， 降低了电励磁效率。

在直流励磁电流控制上， 对于较大的励磁功率通常采用可控整流将交流 电变 换为可调节的直流电压加在励磁绕组上。 对于较小的励磁功率多采用 MOSFET 或 IGBT等全控型电力电子开关控制加在励磁绕组� �的电流大小， 从而调节感应 电动势的大小，比如申请号为 2.00910181397.8的发明专利公布了一种自励混合励 磁电机交流发电系统及其控制方法， 控制系统根据检测到的输出电压、 负载电流 以及实际励磁大小采用数字信号处理器控制 H桥式电力电子开关的导通和关断， 控制直流励磁电流的方向和大小实现了混合励 磁发电机输出电压的自动调节。

上述可以看出混合励磁电机的电励磁部分采用 直流电流励磁， 虽然励磁控制 相对简单， 技术也比较成熟， 但是混合励磁同步电机或者电刷和滑环的存在 使电 机可靠性较低以及环境适应性较差， 或者双凸极电机使输出电压正弦性不好， 或 者爪极电励磁使结构复杂，且需要消耗较多的 电励磁磁动势，降低了电励磁效率。 发明内容

本发明的目的是提出一种并列结构混合励磁同 步发电机及其交流励磁控制 系统 电励磁部分采用无刷交流电流励磁， 电励磁 不存 在附加气隙， 电励磁效率高， 环境适应性好。

一种并列结构混合励磁同步发电机， 混合励磁同步发电机包括永磁部分和电 励磁部分， 它们在磁路上彼此独立， 其特征在于， 所述并列结构混合励磁同步发 电机的永磁部分和电励磁部分在同一机壳内， 沿轴向并列安装， 两部分电机定子 铁心彼此独立， 但共用一套定子电枢绕组， 永磁感应电动势和电励磁感应电动势 在电枢绕组中进行叠加， 永磁部分定子铁心和电励磁定子铁心具有相同 的齿槽 数， 通过电枢绕组分布形式、 电励磁绕组分布形式以及永磁转子磁极形状的 设计 来改善电枢绕组中感应电动势波形， 使其电动势为正弦波， 从而使发电机输出电 压正弦波形畸变达到很小。

所述永磁转子磁极采用表面式磁钢结构或内永 磁磁钢结构。

所述电励磁部分定子铁心内有两套三相绕组： 电枢绕组和励磁绕组； 励磁绕 组和电枢绕组具有相同的绕组分布形式， 并且三相励磁绕组轴线和电枢绕组轴线 分别重合。

所述电枢绕组采用传统的分布式绕组形式。

所述电励磁绕组放置在电励磁部分的定子铁心 内， 实现无刷励磁。

一种并列结构混合励磁发电机的交流励磁控制 系统， 其特征在于， 采用数字 电压调节器控制加在三相励磁绕组中交流励磁 电流的大小和相位， 可调节电枢绕 组中电励磁感应电动势的大小和相位， 从而调节发电机总输出电压的大小， 使发 电机输出电压稳定；

该交流励磁控制系统包括并列结构的混合励磁 同步发电机、输出电压检测调 理电路、 三个电流传感器、 励磁电流检测调理电路、 转子位置检测处理电路、 整 流桥、 滤波电容、 数字调压交流励磁控制器； 其中数字调压交流励磁控制器的三 相输出分别接混合励磁同步发电机三相励磁绕 组的首端， 三相励磁绕组的尾端在 电机内部采用星型连接； 在三相励磁绕组的输入端分别设置电流传感器 ， 三个电 流传感器的输出经过励磁电流检测调理电路后 接数字调压交流励磁控制器.的输 入端； 安装于发电机内部的永磁转子位置传感器的输 出经过转子位置检测处理电 路后接数字调压交流励磁控制器的输入端； 混合励磁发电机的三相电枢绕组的输 出端分别接输出电压检测调理电路、 整流桥和负载的输入端， 三相电枢绕组的尾 端在电机内部连接在一起成星型连接； 整流桥的输出经过滤波电容后接数字调压 交流励磁控制器的输入端； 输出电压检测调理电路的输出接数字调压交流 励磁控 制器的输入端。

所述的数字调压交流励磁控制器包括 DSP 数字信号处理器、 驱动隔离放大 电路、 三相交流励磁逆变器和宽输入范围的 DC/DC控制电源， 其中宽输入范围 的 DC/DC 控制电源的输入端与励磁主电路的输入端并联 ， 即励磁主电路和 DC/DC 控制电源的输入电源都是由混合励磁同步发电 机的三相电枢绕组的交流 输出经过整流桥和滤波电容后提供; DC/DC控制电源的输出端分别接数字信号处 理器 （DSP)、 输出电压检测调理电路、 转子位置检测处理电路、 励磁电流检测 调理电路、 驱动隔离放大电路的电源输入端； DSP数字信号处理器输出的 PWM 信号经过驱动隔离放大电路后控制三相交流励 磁逆变器的开关管。

所述的并列结构混合励磁同步发电机的交流励 磁采用内、 外双反馈环控制， 所述外环为电压反馈环， 将电压给定基准与实际输出电压反馈值比较后 经过第一 个 PI调节器计算， 输出励磁电流直轴分量调节量； 所述内环为电流反馈环， 调 节励磁电流直轴分量与励磁电流交轴分量；

所述第一个 PI调节器的输出作为直轴励磁电流环的给定值� �� 将检测并计算 得到的三相励磁电流的直轴分量与直轴励磁电 流给定值进行比较后经过第二个 PI调节器计算， 输出直轴励磁电压的调节量； 交轴励磁电流的给定值设定为 0， 将检测并计算得到的三相励磁电流的交轴分量 与交轴励磁电流的给定值进行比 较后经过第三个 PI调节器计算， 输出交轴励磁电压的调节量； 交、 直轴励磁电 压调节量经过坐标变换、 PWM生成及隔离放大后驱动三相交流励磁逆变器 的开 关管， 从而调节三相交流励磁电流的大小和相位。

通过上述的矢量控制调节三相交流励磁电流的 大小和相位， 使电枢绕组中电 励磁感应电动势和永磁电动势同相位或反相位 ， 也可以通过控制使电枢绕组中电 励磁感应电动势和发电机输出电压同相位或反 相位， 电励磁感应电动势和永磁电 动势在电枢绕组中的叠加， 从而使发电机输出电压稳定。

本发明的并列结构混合励磁同步发电机及其交 流励磁控制系统与现有技术 相比， 具有以下特点：

1.发电机采用交流励磁电流控制，通过控制三� ��对称励磁电流的大小和相位 实现发电机输出电压的调节。

2.交流励磁采用矢量控制方法， 使励磁电流中只有直轴分量， 电励磁磁场被 定向在与发电机永磁磁极轴线平行的方向上， 使电励磁电动势和永磁励磁电动势 同相位或反相位。

3.电励磁绕组位于电机的定子部分， 实现了励磁的无刷化， 增加了电机的可 靠性及环境适应性。

4.电励磁部分磁路不存在附加气隙， 电励磁所需的磁动势少， 电励磁效率高。

5.通过定子电枢绕组分布形式、 励磁绕组分布形式、 永磁转子磁极形状的设 计以及交流励磁控制系统的设计， 可以得到高质量的发电机输出电压。

附图说明

图 1是并列结构混合励磁同步发电机轴向剖面示� �图。 图 2是无电励磁转子的并列结构混合励磁发电机� �向剖面示意图。 图 3是电励磁部分双定子的并列结构混合励磁同� �发电机轴向剖面示意图。 图 4是并列结构混合励磁同步发电机励磁电流为� �时的负载特性曲线。

图 5为并列结构混合励磁同步发电机空载运行时� �时空相矢量图。

图 6为并列结构混合励磁同步发电机轻负载运行� �的时空相矢量图。

图 7为并列结构混合励磁同步发电机中度负载运� �时的时空相矢量图。

图 8为并列结构混合励磁同步发电机重负载运行� �的时空相矢量图。

图 9是并列结构混合励磁同步发电机及其交流励� �控制系统结构图。

图 10是数字调压交流励磁控制器结构示意图。

图 11是数字调压交流励磁控制器的励磁主电路图� ��

图 12是并列结构混合励磁同步发电机交流励磁控� ��原理图。

图中标号名称： 1 转轴， 2 轴承， 3 端盖， 4 永磁转子铁心， 5电枢绕组， 6 永磁磁钢， 7 永磁电机气隙， 8 不锈钢非导磁螺钉， 9 永磁定子铁心， 10 电励 磁绕组， 11 电励磁定子铁心， 12 机壳， 13 0型密封垫圈， 14风扇， 15风扇罩， 16 永磁转子位置传感器， 17 永磁部分， 18 电励磁部分， 19 电励磁转子铁心， 20 电励磁部分气隙， 21 电励磁部分内导磁圆环， 22 电励磁部分内定子铁心。

,-永磁励磁磁动势基波矢量， ^ -A相电枢电枢绕组中永磁励磁电动势向 量， 电励磁绕组 A相电流向量， 电励磁电流合成旋转磁动势矢量， ^ _β -Α 相电枢绕组中电励磁电动势向量， -Α相电枢绕组中合成电动势向量， 发电 机 Α相输出电压向量， -A相电枢绕组电流向量， -发电机同步电抗。

AX混合励磁发电机永磁部分 A相等效电枢绕组， BY混合励磁发电机永磁 部分 B相等效电枢绕组， CZ混合励磁发电机永磁部分 C相等效电枢绕组， A1X1 混合励磁发电机电励磁部分 A相等效电枢绕组， B1Y1 混合励磁发电机电励磁部 分 B相等效电枢绕组， C1Z1 混合励磁发电机电励磁部分 C相等效电枢绕组， AeNe混合励磁发电机电励磁 Ae相绕组， BeNe 混合励磁发电机电励磁 Be相绕 组， CeNe 混合励磁发电机电励磁 Ce相绕组。 具体实施方式

本发明提出了一种并列结构混合励磁发同步电 机及其交流励磁控制系统。该 并列结构混合励磁发电机包括永磁部分和电励 磁部分， 它们在磁路上彼此独立， 电励磁部分采用无刷交流电流励磁， 电励磁部分磁路结构上不存在附加气隙， 电 励磁效率高， 环境适应性好。 交流励磁电流控制系统采用矢量控制的方法调 节励 磁电流大小和相位， 从而调节电励磁电动势的大小和相位， 达到使输出电压稳定 的目的。

下面结合附图和优选实施例对本发明说明如下 ：

实施例 1

由图 1可知， 并列结构无刷混合励磁同步发电机由左边的永 磁部分 17和右 边的电励磁发部分 18两部分组成， 两部分同轴并列安装在同一个机壳 12内。 永 磁部分定子铁心 9和电励磁部分定子铁心 11具有同样的齿槽数， 本实施例为 36 槽， 永磁部分定子铁心 9斜槽一个齿距， 电励磁部分定子齿槽比永磁部分的深， 以容下三相电枢绕组 5和三相励磁绕组 10为准； 因此电励磁转子铁心 19比永磁 转子铁心 4直径小， 电励磁转子铁心 19是由圆形硅钢片叠压而成的表面光滑的 圆柱体。 两部分定子共用一套三相电枢绕组 5， 三相电枢绕组 5采用双层短距分 布绕组， 每极每相槽数为 3， 绕组节距为 8， 以削弱电枢绕组中感应电动势的谐 波含量。 在电励磁定子铁心 11 中还嵌放有和电枢绕组 5有相同分布形式的三相 励磁绕组 10， 三相励磁绕组 10相轴线和三相电枢绕组 5轴线分别重合。 永磁转 子铁心 4和电励磁转子铁心 19装在同一转轴 1上， 转轴 1通过轴承 2支持在端 盖 3上， 端盖 3固定在机壳 12的两端， 由 O型密封垫圈 13密封； 永磁电机转 子为 4极， 采用表面磁钢结构， 永磁磁钢 6采用不锈钢螺钉 8固定在永磁电机转 子铁心 4上， 永磁磁钢经过极弧优化设计， 以降低永磁气隙 7中的谐波磁密， 永 磁电机转子铁心 4为二十号钢。 电励磁转子铁心 19为由圆型硅钢片叠压而成的 光滑圆柱体， 上面没有励磁绕组， 电励磁部分的气隙 20比永磁电机气隙 7要小， 以达到提高电励磁效率的目的； 风扇 14固定在转轴 1非机械输入端的端头上， 风扇罩 15套在机壳 12的这一端上。

所述混合励磁同步发电机永磁部分的空载电压 设计值高于额定电压， 如图 4 所示

三相励磁绕组中通入对称交流励磁电流时， 在电励磁部分的空间上形成旋转 的励磁磁场， 旋转励磁磁场的大小与励磁电流有关， 励磁电流越大， 磁场越强； 旋转磁场的空间相位与励磁电流的相位有关； 旋转磁场的转速和励磁电流的频率 成正比。 调节励磁电流频率、 幅值大小和相位， 即可调节电枢绕组中电励磁感应 电动势的频率、 大小和相位。

如图 4所示， 当发电机空载运行时， 输出电压 （即空载电压^ 通常高于 额定电压， 此时在电励磁绕组中通入三相交流励磁电流， 控制励磁电流的大小和 相位， 如图 5所示， 使励磁电流合成磁场 在空间上和永磁磁场 U目位相反， 即励磁电流合成磁场在永磁磁极轴线的平行线 上， 但方向和永磁磁场相反， 从而 在电枢绕组的电励磁部分中产生的电励磁电动 势 ^^与永磁部分的电动势^ ^反 相位， 由于永磁部分电动势和电励磁电动势在电枢绕 组中相叠加， 即 Ε _Α = Ε _{ΑΜ +} Ε _Α ^ ϋ _Α , 于是总的输出电压^降低到额定电压附近， 此时的励磁电流 相当于起去磁作用。 当发电机带动较轻负载运行时，如果忽略发电 机的电阻，则有 =^ +^ 。

.如果励磁电流和空载时一样不调整， 则输出电压低于额定电压， 因此此时需要降 低励磁电流大小， 使励磁部分的感应电动势^^变小， 使电枢绕组中的合成电动 势 适当增大， 从而使输出电压^继续维持在额定电压附近， 时空相矢量图如 图 6所示， 此时的励磁电流依然相当于起去磁作用。

当发电机所带负载继续增大， 即电枢电流 ^增大到某一数值时， 永磁部分产 生的电动势 _Μ 刚好和额定电压 以及同步电抗压降 ^相平衡， 即

U _{A +} ji _A x _c ， 此时不需要提供励磁电流， 如图 7所示。 即励磁电流为零， 输 出电压维持在额定电压附近。

当发电机所带负载继续增大时， 电枢电流 进一步变大， 电枢阻抗压降进一 步增大， 另外发电机温升也会使永磁感应电动势^ ^降低， 使输出电压低于额定 电压， 此时需要调节励磁电流大小和相位， 使电励磁电流合成的磁场 和永磁部 分的磁场^,在空间上同相位， 即励磁电流合成磁场在永磁磁极轴线的平行线 上， 并且方向和永磁磁场相同， 从而电励磁磁场在电枢绕组中感应的电动势 έ _ε 和永 磁磁场感应的电动势 _Μ 在时间上同相位， 电枢绕组中的合成电动势^大于永磁 电动势 _Μ ， 即 ^w + ^ = ^ = ^ +^ ， 励磁电流相当于起增磁作用， 输出电压 继续维持在额定电压附近， 时空矢量图如图 8所示。

如图 9所示为并列结构混合励磁同步发电机交流励� �控制系统的结构， 由并 列结构混合励磁同步发电机、 整流桥、 滤波电容、 励磁电流传感器、 励磁电流检 测调理电路、 输出电压检测调理电路、 转子位置检测处理电路、 数字调压交流励 磁控制器构成。 并列结构混合励磁同步发电机的三相电枢绕组 5输出端接负载， 输出电压检测调理电路的输入端连接三相交流 输出线 Uab、 Ubc和 Uca，检测三相 交流输出线电压， 三相电枢绕组 5的尾端接在一起形成星型连接； 三相励磁绕组 10 的 Ae相绕组、 Be相绕组、 Ce相绕组的首端分别穿过三个电流传感^， 接 在数字调压交流励磁控制器的励磁输出端三个 电流传感器的输出分别接励磁电 流检测调理电路的输入端， 从而检测三相励磁电流 、 和 i。 三相励磁绕组 10的尾端接在一起形成星型连接；转子位置检� ��处理电路的输入端连接永磁转子 位置传感器 16的输出端， 检测永磁转子位置 上述检测到的交流输出电压、交 流励磁电流和转子位置信息都送到数字调压交 流励磁控制器。交流励磁控制系统 中的整流桥提供励磁电源和数字调压交流励磁 控制器的控制电源， 因此整流器的 容量可以选择小一些。

数字调压交流励磁控制器的结构见图 10。数字调压交流励磁控制器内有一个 宽输入范围 DC/DC 控制电源， 其输入端由混合励磁同步发电机的三相交流输 出

(Uab， Ubc , Uca) 经过整流桥和滤波电容 CO滤波后得到的直流电压提供电源， 该宽输入范围 DC/DC控制电源的输入范围应能适应图 4所示的混合励磁同步发电 机从空载到满载无励磁电流时的三相输出电压 ， DC/DC控制电源的输出为数字信 号处理器（DSP)、 驱动隔离放大电路、 转子位置检测处理电路、 励磁电流检测调 理电路和输出电压检测调理电路供电。混合励 磁同步发电机的三相输出电压经过 检测调理电路调理后， 送到数字信号处理器（DSP) 芯片的 ADC变换采样模块； 混合励磁同步发电机的励磁电流经过电流传感 器采集， 并处理为适合数字处理器

(DSP) 接收的电压信号， 送到数字信号处理器（DSP) 芯片的 ADC变换采样模 块。 经过量化后， 发电机的输出电压和励磁电流信号在数字信号 处理器 （DSP) 内转换为数字信号。发电机内的永磁转子位置 传感器输出信号经过位置检测处理 电路处理为数字位置信号后送到数字信号处理 器 （DSP) 的数字 I/O口。

图 11是数字调压交流励磁控制器的励磁主电路， 为三相 H桥结构， 其输入 端也由混合励磁同步发电机的三相交流输出 （Uab， Ubc, Uca) 经过整流桥和滤 波电容 CO滤波后得到的直流电压提供电源， 励磁主电路由六个开关管（Ql， Q2, Q3， Q4, Q5， Q6 ) 以及分别与它们并联的六个续流二极管 (Dl， D2， D3， D4, D5， D6) 组成， 六个开关管的 P丽驱动信号依次对应为 Tl， Τ2, Τ3， Τ4， Τ5和 Τ6， 由数字信号处理器 （DSP) 的 P丽端口输出并经过驱动隔离放大电路提供。 通常 开关管和续流二极管会集成在一个模块里， 本实施例六个开关管选用 M0SFET功 率管的型号为 IRFP260N。 '

在数字信号处理器 （DSP) 内实现的双环交流励磁控制算法如图 12 所示。 具体控制方法如下：

1 )交流励磁双反馈控制环的外环为电压反馈环� �通过给定基准电压 ί/ 与发 电机实际输出电压 ¾勺反馈电压 、比较后经过第一个 PI调节器计算， 输出为励磁 电流直轴分量的调节量 4。 混合励磁同步发电机的反馈电压计算如下：

( 1.1 ) 混合励磁同步发电机的输出线电压瞬时值 Uab， Ubc， Uca经过输出电 压检测调理电路调理之后输出到数字信号处理 器 （DSP) 的信号为 Uab'， Ubc， Uca' o

( 1.2) 经过 CLARK变换计算输出电压在两相静止坐标系 α-β中值 Ua和 υβ:

( 1.3 ) 用 （1 ) 式得到的 Ua和 ΙΙβ计算输出电压空间矢量的幅值 Us, 即为输 出电压的反馈值 。

2)' 内环为电流反馈环， 有两个励磁电流分量需要调节： 励磁电流直轴分量 与励磁电流交轴分量； 电流反馈环的输出是直轴励磁电压的调节量和 交轴励磁电 压的调节量。 (2.1 )经过上述励磁电流检测调理电路调理、采样� �处理后得到三相励磁电流 值 ia。， ib。， ice, 对三相励磁电流进行 CLARK变换得到励磁电流在两相静止坐标系 中的量 和/ _A ,。

(2.2)结合转子位置传感器输出信号经过位置检� ��处理电路处理并送入数字处 理芯片的永磁转子位置信号 0对励磁电流两个分量 ^和 进行 PARK变换，得到 在旋转坐标系中励磁电流的交直轴分量 ς和 ^。

(2.3 )第一个 PI调节器的输出 4作为直轴励磁电流反馈环的给定值， 将检测 并由 （4) 式计算得到的三相励磁电流的直轴分量 ^与直轴励磁电流给定值 进 行比较后经过第二个 PI调节器计算， 输出直轴励磁电压的调节量 。

(2.4) 交轴励磁电流的给定值 ς设定为 0， 将检测并计算得到的三相励磁电 流的交轴分量 ς与交轴励磁电流的给定值, 0进行比较后经过第三个 ΡΙ调节器计 算， 输出交轴励磁电压的调节量 。

3 )结合永磁转子位置信号^ 对第二 ΡΙ调节器和第三个 ΡΙ调节器输出的励 磁电压的交直轴调节量 、 进行 PARK逆变换， 得到励磁电压在两相静止坐 标系中的调节量 V： '

4)根据 PARK逆变换得到的 和 ， 在空间矢量生成单元中生成分别驱动 三相励磁逆变器的 6个开关管的空间矢量 SVPWM信号，其中在驱动每一相桥臂 的上下两个开关管的信号为互补信号， 同时为了防止上下开关管直通损坏开关 管， 在上下开关管的驱动信号中加入死区时间， 最后 SVPWM信号由数字信号处 理器 （DSP) 的 PWM端口输出。

5 ) 数字信号处理器 （DSP) 输出的 SVPWM信号经过隔离放大驱动电路后 驱动由 MOSFET构成的三相逆变器， 三相逆变器的输出分别接混合励磁同步发 电机的三相交流励磁绕组， 通过控制 SVPWM信号的脉冲宽度调节加在三相励磁绕 组中的交流励磁电流大小与相位。 由于励磁电流交轴分量的给定值设定为零， 励 磁电流中只有直轴分量， 三相励磁电流合成的磁场被定向控制在永磁转 子磁极轴 线平行的方向上， 使电枢绕组中电励磁感应电动势和永磁电动势 同相位或反相 位， 通过两部分电动势在电枢绕组中的叠加使发电 机的输出电压稳定。 实施例 2

图 2所示是无电励磁转子的并列结构混合励磁发� �机轴向剖面示意图。其整 体结构和图 1所示的并列结构混合励磁同步发电机轴向剖� �示意图相同； 其永磁 磁钢经过极弧宽度设计， 以降低永磁励磁电动势中的谐波成分， 永磁部分定子铁 心 9斜槽一个齿距。 在电励磁部分定子铁心 11的内圆增加一导磁圆环 21， 导磁 圆环 21 作为内磁轭为电励磁磁场和电枢电流磁场提供 通路， 为了减小电励磁部 分旋转磁场在导磁圆环 21上产生涡流损耗， 导磁环 21采用圆环形硅钢片叠压而 成。 导磁圆环 21和电励磁定子铁心 11之间没有气隙， 提高了电励磁磁动势的励 磁效率。混合励磁发电机永磁部分的空载电压 设计值高于额定电压，如图 4所示。

本实施例的并列结构混合励磁同步发电机交流 励磁控制系统及控制方法同 实施例 1。

实施例 3

图 3所示为电励磁部分双定子的并列结构混合励� �同步发电机轴向剖面示意 图，其整体结构和图 1所示的并列结构混合励磁同步发电机轴向剖� �示意图相同； 两部分定子共用一套三相电枢绕组 5， 三相电枢绕组 5采用双层短距分布绕组， 定子铁心槽数为 36， 每极每相槽数为 3， 绕组节距为 8， 以削弱电枢绕组中感应 电动势的谐波含量。 永磁部分定子铁心 9斜槽一个齿距。 永磁转子为 4极， 采用 表面磁钢结构， 永磁磁钢 6经过极弧宽度设计， 永磁转子铁心 4的材料为二十号 钢。 '

在电励磁定子铁心 11的内圆有一用硅钢片叠压而成的内定子铁心 22， 内定 子铁心 22和电励磁定子铁心 11之间没有气隙， 它们具有相同的齿槽数， 内定子 铁心 22中放置有三相励磁绕组 10，三相励磁绕组 10与三相电枢绕组 5具有相同 分布形式， 以降低电励磁定子铁心 11 中励磁磁场产生的谐波磁场， 使三相电枢 绕组 5中的电励磁感应电动势中谐波尽量小。三相� �磁绕组 10与三相电枢绕组 5 轴线重合。

混合励磁发电机永磁部分的空载电压设计值高 于额定电压， 如图 4所示。 本实施例的并列结构混合励磁同步发电机交流 励磁控制系统及控制方法同 实施例 1。