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永磁發(fā)電機在航空工業(yè)中的應用

 

近些年以來(lái),在高速電機領(lǐng)域,由于工作環(huán)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(jiǎn)單、良好的性能及容錯能力等特點(diǎn)的永磁發(fā)電機被廣泛應用。隨著(zhù)我國工業(yè)化水平的提高以及國防現代化建設的深入,高速永磁發(fā)電機在航空航天、分布式發(fā)電系統等許多軍工領(lǐng)域都具有很大的發(fā)展潛力。


在現代航空飛機中,發(fā)電機部件具有十分重要的地位。為了使得發(fā)電機在航空飛機中能夠安全穩定的運行,這就需要在技術(shù)上對發(fā)電機進(jìn)行改進(jìn)。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(fā)電機及三級式同步發(fā)電機。早期的航空發(fā)電機大多均采用有刷直流發(fā)電機,由于電刷的存在以及空氣介電強度不夠,會(huì )使得電機在高空稀薄的空氣中由電樞產(chǎn)生的電弧很難被熄滅,因此,造成了發(fā)電機等很多用電設備的損壞。同時(shí),有刷直流發(fā)電機結構相對復雜,轉速不會(huì )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(lǐng)域應用最多的是由主發(fā)電機、勵磁機、永磁體副勵磁機組成的三級式同步發(fā)電機,由于自身結構省去了電刷裝置,較比有刷直流發(fā)電機來(lái)說(shuō),減小了機械損耗,提升了效率。但是也有些不足,在實(shí)際工作中,會(huì )出現裝配困難,發(fā)電機各部分機構會(huì )出現松動(dòng)等一系列問(wèn)題。


永磁發(fā)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(lǐng)域的發(fā)電機來(lái)說(shuō),永磁電機的出現將具有非常大的優(yōu)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(fā)電機應用永磁材料后,可以增大發(fā)電機的氣隙磁密,轉速也可以增加到最佳值,從而顯著(zhù)縮小發(fā)電機的體積并且提高功率質(zhì)量比。由于永磁發(fā)電機無(wú)需勵磁,省去了轉子上的勵磁繞組,轉軸上也無(wú)需安裝滑環(huán),因此沒(méi)有傳統發(fā)電機上存在的電刷滑環(huán)接觸不良、勵磁短路及斷路等一系列故障,同時(shí)也不存在勵磁、電刷滑環(huán)的摩擦等所帶來(lái)的損耗,可直接由原動(dòng)機傳動(dòng)軸驅動(dòng),省去了機械變速裝置,從而體現了永磁發(fā)電機在結構、效率及可靠性上的優(yōu)勢。雖然高速永磁發(fā)電機在航空領(lǐng)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(fā)電機氣隙磁場(chǎng)不易調節,不能根據需要來(lái)控制輸出的電壓,這樣一來(lái)永磁發(fā)電機的電壓調整率也難以改變,與此同時(shí),永磁材料的溫度系數較大,在負載或使用環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)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(guò)程中盡量要找到降低永磁發(fā)電機的電壓調整率的措施,從而得到滿(mǎn)足要求的發(fā)電機性能指標。




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