本文提出的双电压输出复合励磁稀土永磁同步发电机定子部分采用双绕组结构，转子部分采用稀土永磁和辅助电励磁相结合的复合励磁结构，使其兼顾了稀土永磁发电机和电励磁发电机的优点，解决了原有永磁发电机的调压难题，能满足多种不同需求。这将使稀土永磁发电机以其巨大的技术优势取代电励磁发电机，广泛应用于各种不同的领域。

　　1基本结构复合励磁稀土永磁同步发电机的基本结构所示。

　　定子电枢绕组中嵌有2套绕组，即输出2个电压；永磁部分的转子结构采用的是切向槽楔式结构，辅助电励磁部分的转子结构采用爪极式，与永磁体部分同轴向，实现了整个发电机的无刷化。

　　2工作原理复合励磁永磁同步发电机的磁场由永磁体和电励磁绕组共同产生，两者提供的工作磁通在气隙中并联合成。下面分析不同辅助电励磁电流下，气隙合成磁场的等效结果（I e为辅助电励磁电流）：（1）I e＝0时，气隙磁场只有永磁体提供，与普通的永磁发电机相同。

　　（2）I e＜0时，气隙磁场由辅助电励磁和永磁体并联提供，辅助电励磁磁场和永磁体磁场交错分布。对定子绕组而言，同一线圈下面既有N极又有S极，随着电流值的增大，气隙有效磁场减弱，在这里辅助电励磁电流起去磁作用。

　　（3）I e＞0时，气隙磁场由辅助电励磁和永磁体并联提供，辅助电励磁磁场和永磁体磁场同向分布。对定子绕组而言，同一对线圈下面磁场极性相同，气隙有效磁场增强，在这里辅助电励磁电流起助磁作用。

　　当电机空载运行时，各电枢绕组中电流为零，气隙中只有永磁体产生的气隙磁通ф"0m和辅助电励磁绕组产生的气隙磁通ф"0e，两部分磁通在各电枢绕组中分别感应出空载感应电势E 0mA、E 0eA、和E 0ma、E 0ea.即E 0mA＝4.44fN A K dpA KфAф"0m（1）E 0eA＝4.44fN A K dpA KфAф"0e（2）E 0ma＝4.44fN a K dpa Kфaф"0m（3）E 0ea＝4.44fN a K dpa Kфaф"0e（4）E 0A＝E 0mA＋E 0eA（5）E 0a＝E 0ma＋E 0ea（6）式中：下标A、a―――表示交流绕组和整流绕组对应分量；下标m、e―――表示永磁体磁场和辅助电励磁磁场对应分量；f、N、K dp―――对应各绕组的频率、每相串联匝数和绕组系数。

　　当电机在负载下运行时，气隙磁通Φ" N由永磁体磁场、辅助电励磁磁场和2套电枢绕组的电枢反应磁场共同提供，其合成电动势为E A和E a.即E A＝4.44fN A K dpAΦ"N kΦA（7）E a＝4.44fN a K dpaΦ"N kΦa（8）在电机设计中，根据2套绕组的输出电压为额定值时的情况，先确定永磁体部分所需永磁体的大小和尺寸。为了保持发电机端电压的恒定，在负载电流变化时，调节辅助电励磁部分的磁场，改变辅助电励磁部分定子绕组的感应电势，使定子绕组总感应电势变化以改变外特性，进而达到稳定发电机端1－转轴2－端盖3－导磁托架4－前爪5－励磁线圈6－后爪7－隔磁板8－电枢绕组9－永磁体10－转子铁心复合励磁稀土永磁同步发电机的基本结构简 ElectricTimes电气时空大众用电2006／7电压的目的。不计饱和时，根据双反应理论得双电压输出永磁同步发电机的电磁关系如图2所示。

　　3电压调节控制系统的设计3.1硬件设计发电机的励磁调节控制子系统的硬件结构如图3所示。

　　采用80C196KC单片机作为控制核心，利用高速输入口HSI.0来获得交流输出的频率；霍尔传感器将交流或直流量与控制系统隔离并转化为与之成正比的小模拟电压信号，在经快速A／D转换，读入CPU；利用高速输出口HSO.0～HSO.2实现PWM的输出以及换向输出；扩展的继电保护控制用于系统的各种保护输出；另外还设有硬件看门狗电路和与上位机进行通讯的串行接口等。

　　3.2软件设计主控系统程序流程框图如图4.它可实现在输出交流电的频率小于85％额定频率时（也即转速上升到85％以前），辅助电励磁系统不做任何调节；当略大于85％额定频率时，系统将根据采样所得的数据进行助磁，使发电机的输出电压稳定在额定值左右；随着转速的上升，相应的助磁量也会减少，使电压变化平稳，实现发电机的软起励，基本不会出现超调，减少震荡。

　　4实验结果分析本文设计了一台AC220V（45kW）和DC28V（6kW）双电压输出复合励磁永磁同步发电机样机，其输出端电压理论设计值和试验值如附表所示。

　　由附表可看出，理论计算值和实际试验值基本吻合。该发电机在额定负载时电压偏低和空载时电压偏高，均可以通过调节辅助电励磁部分电流（助磁或去磁）来调节输出电压，使其维持恒定。

　　本文设计的双电压输出复合励磁同步发电机利用了新型电机设计技术、数字控制技术以及电力电子及其驱动技术，解决了永磁同步发电机调压难的问题。从上述试验结果分析，我们不难发现该新型的双电压复合励磁永磁发电系统有结构简单、响应速度快、超调量小、电压调节精度高、系统控制和保护功能完善等特点，可实现电源的稳定输出，突破了传统的移动车载电源的局限性。另外，长期运行体现了该系统的稳定性和高可靠性，为同类产品提供了有益的借鉴，具有非常广阔的推广应用前景。

　　双电压永磁同步发电机的电磁关系图控制系统硬件结构框图主程序流程图辅助电励磁电流（A）空载无电励磁调节空载去磁额定负载无电励磁调节额定负载助磁0 0.47 0 0.22 45kW（G1）输出端设计电压（V）实测电压（V）6kW（G2－DC）输出端设计电压（V）实测电压（V）254＼218＼246 220 207 219 31.6 28.2 26.4 28 32.4＼27.8＼。