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永磁發(fā)電機
機械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置
永磁發(fā)電機是指由熱能轉(zhuǎn)變的機械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。由法國最先研制成功。
概念
永磁發(fā)電機具有體積小，損耗低，效率高等優(yōu)點，在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)日益受到重視的今天，對其研究就顯得非常必要。在許多情況下可以實現(xiàn)無刷化，因此其多為小型和微型電動機所采用。采用變頻電源供電時，永磁電動機亦可用于調(diào)速傳動系統(tǒng)。隨著永磁材料性能的不斷提高和完善永磁電動機已在家用電器、醫(yī)療器械、汽車、航空和國防等各個領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。
永磁發(fā)電機作為車用電機有高效、節(jié)能、低碳、功率大和體積小等優(yōu)點，但輸出電壓不易調(diào)節(jié)、高頻鐵損大電機溫度高、啟動轉(zhuǎn)矩大等自身缺陷。永磁電動機的不足之處是，若使用不當(dāng)，在過高溫度或過低溫度下工作時，在沖擊電流所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或者在劇烈的機械振動下。有可能產(chǎn)生不可逆的退磁，使電動機的性能下降，甚至無法使用。因此，使用永磁電動機時應(yīng)特別予以注意。
簡介
在這臺發(fā)電機中，皮克希裝上了一種最初的換向器，使發(fā)電機中產(chǎn)生的交流電變?yōu)槟転楫?dāng)時的工業(yè)生產(chǎn)所需要的直流電，但是，皮克希的永磁式發(fā)電機有兩大明顯的缺點。第一，它的設(shè)備比較笨重，難以借提高轉(zhuǎn)速來提高功率，第二，它的原動力是人力，這也難以靠提高轉(zhuǎn)速來獲得大功率的電流。
在皮克希改進(jìn)他的永磁式發(fā)電機的同時，其他一些人也對永磁式發(fā)電機進(jìn)行了研究，并作出了一些重要發(fā)明。1833年至1835年間，薩史斯頓和克拉克等人相繼發(fā)明了旋轉(zhuǎn)線圈電樞、靜止磁鐵結(jié)構(gòu)等新裝置，這些新裝置的引入，使發(fā)電機的運轉(zhuǎn)部分大大減輕，從而提高了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。
在上述兩個革新的基礎(chǔ)上，人們還進(jìn)行了其他一些革新。到了1844年左右，在法、德、英等國家，就已經(jīng)有龐大而笨拙的發(fā)電機給電解提供新的電源，并通過最初的電動機給機器提供新的動力了。
永磁式發(fā)電機的誕生，第一次把由熱能轉(zhuǎn)變來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑥亩谷祟惱^熱能之后又獲得了一種具有廣闊前景的新能源。
結(jié)構(gòu)設(shè)計
永磁發(fā)電機與勵磁發(fā)電機的最大區(qū)別在于它的勵磁磁場是由永磁體產(chǎn)生的。永磁體在電機中既是磁源，又是磁路的組成部分。永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān)，還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關(guān)，具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。此外，永磁發(fā)電機的磁路結(jié)構(gòu)多種多樣，漏磁路十分復(fù)雜而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較容易飽和，磁導(dǎo)是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機電磁計算的復(fù)雜性，使計算結(jié)果的準(zhǔn)確度低于電勵磁發(fā)電機。因此，必須建立新的設(shè)計概念，重新分析和改進(jìn)磁路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；必須應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法，研究新的分析計算方法，以提高設(shè)計計算的準(zhǔn)確度；必須研究采用先進(jìn)的測試方法和制造工藝。
不可逆退磁問題
如果設(shè)計和使用不當(dāng)，永磁發(fā)電機在溫度過高（釹鐵硼永磁）或過低（鐵氧體永磁）時，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或在劇烈的機械振動時有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機性能降低，甚至無法使用。因而，既要研究開發(fā)適合于電機制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)形式的抗去磁能力，以便在設(shè)計和制造時采用相應(yīng)措施保證永磁式發(fā)電機不會失磁。
成本問題
由于稀土永磁材料目前的價格還比較貴，稀土永磁發(fā)電機的成本一般比電勵磁式發(fā)電機高，但這個成會在電機高性能和運行中得到較好的補償。在今后的設(shè)計中會根據(jù)具體使用的場合和要求，進(jìn)行性能、價格的比較，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和設(shè)計的優(yōu)化，以降低制造成本。無可否認(rèn)，現(xiàn)正在開發(fā)的產(chǎn)品成本價格比目前通用的發(fā)電機略高，但是我們相信，隨著產(chǎn)品更進(jìn)一步的完美，成本問題會得到很好的解決。美國DELPHI（德爾福）公司的技術(shù)部負(fù)責(zé)人認(rèn)為：“顧客注重的是每公里瓦特上的成本。”他的這一說法充分說明了交流永磁發(fā)電機的市場前景不會被成本問題困擾。
永磁轉(zhuǎn)子特點
結(jié)構(gòu)1：并聯(lián)磁場結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)采用鑄造壓制而成，里面嵌放永磁體，能量大、重量輕、體積小、整體結(jié)構(gòu)牢固可靠，最大工作轉(zhuǎn)速大于15000轉(zhuǎn)/分。專利號；ZL96 2 47776.1 結(jié)構(gòu)2：串聯(lián)磁場式結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子采用鋼結(jié)構(gòu)，表面按順序嵌放永磁鐵，轉(zhuǎn)子表面磁通強、重量輕、體積小、整體結(jié)構(gòu)牢固可靠，最大工作轉(zhuǎn)速大于15000轉(zhuǎn)/分。專利號：ZL98 2 33864.3 整機穩(wěn)壓系統(tǒng)特點：采用可控硅和二極管組成半控橋式整流電路。穩(wěn)壓系統(tǒng)是一種斬波調(diào)制型穩(wěn)壓裝置，其穩(wěn)壓精度為正負(fù)0.1v，故該發(fā)電機具有能瞬間承受較大電流、運行可靠和耐用等特點，又因可直接利用發(fā)電機發(fā)出的交流電的反向電壓使可控硅自行關(guān)斷，故無需加關(guān)斷電路，使電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠。
優(yōu)點
1：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。永磁式發(fā)電機省去了勵磁式發(fā)電機的勵磁繞組、碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，避免了勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，避免了勵磁式發(fā)電機勵磁式發(fā)電機勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)易磨損等故障，可靠性大為提高。
2：體積小、重量輕、比功率大。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的采用，使得發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的簡化，還使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量減少，實用轉(zhuǎn)速增加，比功率（即功率、體積之比例）達(dá)到一個很高的值。
3：中、低速發(fā)電性能好。功率等級相同的情況下，怠速時，永磁式發(fā)電機要比勵磁式發(fā)電機的輸出功率高一倍，也就是說，永磁式發(fā)電機的實際等功率等級的勵磁式發(fā)電機。
4：能顯著地延長蓄電池壽命，減少蓄電池維護(hù)工作。主要原因是永磁式發(fā)電機采用的是開關(guān)式的整流穩(wěn)壓方式，穩(wěn)壓精度高，充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發(fā)電機的開頭式整流輸出對蓄電池采用小電流脈沖充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長蓄電池的使用壽命。
5：效率高。永磁式發(fā)電機是一種節(jié)能產(chǎn)品。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)免去了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場所需的勵磁功率和碳刷、滑環(huán)之間磨擦的機械損耗，使得永磁式發(fā)電機效率大為提高。普通勵磁式發(fā)電機在1500轉(zhuǎn)/分至6000轉(zhuǎn)/分之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平均效率只有45%至55%，而永磁式發(fā)電機則可高達(dá)75%至80%。
6：采用自啟動式穩(wěn)壓器無需外加勵磁電源。發(fā)電機只要一旋轉(zhuǎn)就能發(fā)電。當(dāng)蓄電池?fù)p壞時，只要發(fā)動機處于運行狀態(tài)，汽車充電系統(tǒng)仍可正常工作。如汽車沒有蓄電池，只要搖轉(zhuǎn)手把或溜車，也可實現(xiàn)點火運行。
7：特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環(huán)境下工作。
8：無線電干擾。永磁發(fā)電機無碳刷、無滑環(huán)的結(jié)構(gòu)，消除了碳刷與滑環(huán)磨擦產(chǎn)生的無線電干擾；消除了電火花，特別適合于爆炸性危險程度較大的環(huán)境下工作，也降低了發(fā)電機對環(huán)境溫度的要求。
結(jié)構(gòu)特性對比
1：永磁式發(fā)電機：結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子磁場大，無勵磁繞組，無碳刷，無滑環(huán)，氣隙大，無觸點，整機唯一磨損部位是軸承。提高了產(chǎn)品可靠性，不用外接調(diào)節(jié)器，導(dǎo)磁體材料間距采用優(yōu)化設(shè)計，減少了漏磁，使發(fā)電機怠速性能好，出電路足。
勵磁式發(fā)電機：怠速發(fā)電性能差，電瓶容易放完電；發(fā)電機轉(zhuǎn)速在1500-6000轉(zhuǎn)/分區(qū)間效率只有40%-50%，效率低，因轉(zhuǎn)子存在勵磁線圈，整機溫升高；勵磁式發(fā)電機還極易出現(xiàn)碳刷、滑環(huán)損壞等問題。
2：性能對比。（以28V、36A、1000W 發(fā)電機為例）
28V、36A、1000W 發(fā)電機 | 電流 (A) | 滿載轉(zhuǎn)速(r/min) | 平均效率（1500-6000r/min) | 調(diào)節(jié)電壓（V) | 負(fù)載特性（V) | 轉(zhuǎn)速特性（V) |
勵磁式 | 9 | 3500 | 0.45 | 28±0.3 | |△U|≤0.8 | |△U|≤0.5 |
永磁式 | 18 | 2800 | 0.8 | 28±0.2 | |△U|≤0.3 | |△U|≤0.2 |
3：體積溫升對比。如下表：
外徑（mm) | 長度（mm) | 溫升（K) | 重量（kg) | |
勵磁式 | Φ142 | 180 | 75 | 6.5 |
永磁式 | Φ128 | 165 | 50 | 4 |
從以上性能、結(jié)構(gòu)、體積等對比情況分析，永磁式比勵磁式發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、性能優(yōu)越，低速時發(fā)電充足。JFYJ永磁發(fā)電機（3000W）和普通勵磁發(fā)電機（3000W）的體積重比較，如下表：
3000W | 外徑（mm) | 長度（mm) | 重量（kg) |
JFYJ永磁發(fā)電機 | Φ171 | 265 | 12 |
普通勵磁發(fā)電機 | Φ200 | 310 | 24 |
前景
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活和國防科技等方面得到了很大的利用，大有發(fā)展壯大之趨勢。大功率發(fā)電機往往在豪華與超豪華空調(diào)車上使用。怠速時用電量較大，勵磁式發(fā)電機只能通過增大主動輪與發(fā)電機皮帶輪的速比來滿足該要求，而永磁發(fā)電機優(yōu)越的中低速發(fā)電性能正好能解決這個技術(shù)難題.
永磁發(fā)電機
車用空調(diào)安裝在車的側(cè)面，較接近地面，行駛過程中，灰塵，雜物易進(jìn)入發(fā)電機體內(nèi)，很容易造成勵磁式發(fā)電機碳刷與滑環(huán)的接觸增大，從而影響發(fā)電機的正常工作；而永磁發(fā)電機無滑環(huán)，無碳刷，定轉(zhuǎn)子氣隙大，特別適合于在這種惡劣的工作環(huán)境下工作.
稀土釹鐵硼之魅力?！跋⊥林凇扁S鐵硼，一種獨特的稀有物質(zhì)，由于它有著強大的載磁功能，它將成為21世紀(jì)工業(yè)革命的寵兒。而由它所引發(fā)的電機工業(yè)革命已成為世界各國電機專家、汽車專家的高度關(guān)注。據(jù)行內(nèi)專家預(yù)測，21世紀(jì)的電機將會是永磁的世界。中國作為稀土之國，其蘊藏量占世界總量的80%，但對稀土的利用和開發(fā)還不夠理想，相反，一些發(fā)達(dá)國家已充分認(rèn)識到稀土的潛在價值，正在作深層的研究。中國應(yīng)該象南非人開采鉆石，中東人開發(fā)開油那樣開發(fā)獨有的稀土資源，并將這一資源優(yōu)勢充分發(fā)揮。目前我們已經(jīng)在風(fēng)力發(fā)電項目中找到了深層開發(fā)和利用稀土的突破口。
機房尺寸
發(fā)電機機房尺寸的說明十分重要，給購買發(fā)電機廠商提供了直接的技術(shù)參數(shù)，也給機房設(shè)計者提夠了參數(shù)和數(shù)字依據(jù)。但有幾個問題要注意：一，發(fā)電機擺放位置要有一定通風(fēng)空間，也就是長寬高要多出一定位置比如維修檢查要有空間。二，發(fā)電機伸出煙管部分要有位置能夠達(dá)到規(guī)定安裝部分。三，導(dǎo)風(fēng)位置的外墻是否好安裝？能否有足夠空間擺放
基礎(chǔ)知識
發(fā)電機的組成；主要是三大部分，發(fā)動機，電球，控制器。它是四沖程。有水冷，風(fēng)冷，油冷之分。
保養(yǎng)
發(fā)電機的常見故障很多，主要是平時保養(yǎng)不到位或保養(yǎng)不及時引起。發(fā)動機部分和汽車沒區(qū)別要養(yǎng)成良好保養(yǎng)習(xí)慣。及時按標(biāo)準(zhǔn)去做像對待自己的愛車一樣對待發(fā)電機一樣可以做到未雨調(diào)繆
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