車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動和保護電路設計）

車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動和保護電路設計）,永磁,發(fā)電機,電子,穩(wěn)壓器,驅(qū)動,以及,保護,維護,電路設計 2008 屆本科畢業(yè)設計（論文）題 目： 車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動和保護電路設計）分 院： 電子信息分院 專業(yè)班級： 電子 04201 姓 名： 陶偉 學 號： 04305092 指導教師： 劉希真 完成日期： 2008-5-20 本科生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述設計（論文）題 目：車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動和保護電路設計）分 院： 電子信息分院 　　　　　　 專業(yè)班級： 電子 04201 姓 名： 陶偉 　 學 號： 04305092 指導教師： 劉希真 　教師職稱： 副教授 完成日期： 2008 年 3 月 10 日 溫州大學城市學院教學科研部制1車用永磁發(fā)電機的穩(wěn)壓系統(tǒng)開題報告一: 設計題目 車用永磁發(fā)電機的穩(wěn)壓系統(tǒng)二: 研究背景和意義現(xiàn)有的勵磁式發(fā)電機是通過蓄電池給作為轉(zhuǎn)子的電磁鐵線圈供電后，產(chǎn)生磁場，才具備發(fā)電功能。這樣在其輸出電能時自身將有 20%的能源消耗；勵磁式發(fā)電機用于勵磁的集電環(huán)與碳刷易磨損，壽命短，故障率高,長時間摩擦必須定期更換；轉(zhuǎn)子內(nèi)部的電磁鐵線圈在工作時易發(fā)生燒毀、斷線是售后服務比例中的 40%的病因；隨著市場上價格漆包線的上漲，其制造成本比較高。車用永磁發(fā)電機與現(xiàn)有勵磁發(fā)電機相比，節(jié)能效果顯著并具有激活蓄電池功能，延長蓄電池壽命，另外由于沒有勵磁發(fā)電機的 環(huán)，電刷，維護工作大大下降，可靠性明顯提高，是今后汽車發(fā)電機的發(fā)展方向，永磁發(fā)電機將會慢慢的取代勵磁發(fā)電機的地位。但是高速低速發(fā)電輸出電壓變化大，工作電流大，穩(wěn)壓和散熱難。因此畢業(yè)經(jīng)過大量的實驗測試，選取最優(yōu)良的方案。本研究可以提高蓄電池的壽命，結(jié)構簡單，節(jié)省能源，大大提高經(jīng)濟效益。同時使得汽車的發(fā)電機系統(tǒng)更加穩(wěn)定。三: 研究內(nèi)容隨著永磁材料的發(fā)展,車用永磁發(fā)電機的結(jié)構簡單，功率高，低速特性好等優(yōu)點，受到了關注，更多的汽車制造商選擇了永磁發(fā)電機。 但是永磁發(fā)電機采用的永久磁鋼作為勵磁源，勵磁磁勢不可調(diào)節(jié)，因此汽車在行使時，轉(zhuǎn)速變化很大，普通的有 1000 到 8000r/min，高檔的轎車可以達到 1000 到 15000r/min，輸出電壓和頻率都在變化,電壓將會在 16V 到 160V，而頻率也會在 16HZ 到160HZ，另外在高檔的轎車中，還要帶動大負載，必須承受大的電流。因此，在這個設計中，首先做到在這個大范圍電壓波動下，實現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓以及精度，消除諧波另外更重要的是做好散熱，還有過流保護，過壓保護，2欠壓保護，還有故障保護等等。整個設計的系統(tǒng)由整流電路，控制電路，保護電路等三大部分組成.。在設計中完成以下的功能, 即穩(wěn)壓，保護，散熱等功能?？刂齐娐凡糠止δ?，采用 PWM 的控制方式來控制，保證輸出電壓的穩(wěn)定 ,還有做到對電路的過流保護控制，和過電壓保護，故障保護。目前一種是采用的是電壓比較控制方式來控制三相半控整流橋。這個方式穩(wěn)壓性能對負載，轉(zhuǎn)速等運行工況的有關參數(shù)依賴性很大，運行工況及有關參數(shù)的變化會影響其穩(wěn)定精度.導致輸出電壓的振蕩，甚至失控。因此選用 PWM 控制方式三相半控橋整流穩(wěn)壓電路.第二種是采用的是斬波控制，但是這一種方法對于功率管的要求就更加嚴格，在設計中將在這兩種方案中就行選擇。在研究中比較關鍵的問題是散熱問題和在這樣大范圍的變壓的情況下穩(wěn)壓，如何在大負載的情況下把熱量散出去，而且要做到體積要小。目前整體思路是采用風冷的方式進行散熱。四: 研究方案和措施本設計暫時有兩個方案可控選擇，其一為晶閘管控制調(diào)壓，其二是利用斬波電路。二者方案進行比較。斬波電路首先用二級管進行整流，然后用功率管進行控制輸出電壓，其成本大要大，而且散熱要相對晶閘管相位控制調(diào)壓復雜，能力流失多。因此選擇 PWM 控制式整流穩(wěn)壓，主要優(yōu)點是，該電路是整流和調(diào)壓為一體，一節(jié)省成本，二方便了散熱.但是這里的晶閘管調(diào)壓，跟以往的晶閘管的調(diào)相調(diào)壓區(qū)別很大，如果選擇調(diào)相調(diào)壓，思路直接，但是電路會變的很復雜，對于調(diào)試帶來很大的困難。而 PWM 控制式整流穩(wěn)壓是控制導通電壓的脈沖波的多少來實現(xiàn)穩(wěn)壓，當三相輸入電壓低的時候，則使 SCR 開通的時間變寬，穩(wěn)定輸出電壓，當電壓高的時候則減少開通時間。在這當中，PWM 的頻率選擇很重要，頻率的選擇影響到穩(wěn)壓。而且頻率很低，對于穩(wěn)壓帶來更大的困難。晶閘管整流方式有兩種，一種是 SCR 共陰整流二極管共陽的方式，第二種是 SCR 共陽整流二極管共陰的方式。選擇第一種的方式，在每相切換導通的時3候，由于 SCR 的反相漏電，導致發(fā)熱很嚴重，必須在這個上串聯(lián)上整流二極管，才能避免，但是成本就加大很多。因此我們選擇了第二種的整流方法，采用 SCR 共陽整流二極管共陰，這樣就有效的解決了 SCR 發(fā)熱的問題，而且成本沒有增加，并且這種方法是最簡單的方案。以下是該電路的原理框圖：但是PWM集成芯片上的電阻R T 和電容C T 用于確定振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波的頻率，這一頻率的選擇對于PWM控制式整流穩(wěn)壓電路具有重要意義，其選取原則是:應使該電路在導通時間最短的工況下，每個PWM周期中晶閘管導通期間包含足夠多的脈波數(shù)。若頻率過高，由于在一定工況下為使輸出電壓穩(wěn)定對應的占空比一定，則意味著每個PWM周期中半控整流橋的導通時間很短，電壓脈波數(shù)很少，這樣考慮到晶閘管在觸發(fā)脈沖消失后的關斷滯后問題，會使各PWM周期中的實際導通脈波數(shù)出現(xiàn)明顯波動，從而導致輸出電壓波動、穩(wěn)壓精度降低等問題。斬波電路的方法對于晶閘管控制有所區(qū)別，在試驗中得出，晶閘管一旦導通，就必須導通一個周期，但是在這個周期中，由于時間比較短，充電電流大，使得輸出電壓達到穩(wěn)壓值甚至超出要求，因此在試驗中對于晶閘管控制調(diào)壓相對比較困難。因此在方案中選用斬波控制方式進行測試，通過調(diào)節(jié)占空比穩(wěn)定輸出電壓。五:結(jié)束語PWM 控制式晶閘管三相半控橋整流穩(wěn)壓電路設計新穎，線路簡單可靠，輸4出電壓穩(wěn)壓精度高、穩(wěn)壓范圍大，特別是與電壓比較式整流穩(wěn)壓電路相比，由于整流橋的通斷周期固定，僅導通、關斷時間隨運行工況相應變化，其穩(wěn)壓性能對轉(zhuǎn)速和負載等與運行工況有關的參數(shù)依賴性小，具有更廣泛的適應性。五：文獻[1]劉明丹.永磁發(fā)電機的電子穩(wěn)壓及可調(diào)研究[J]. 農(nóng)機化研究.2004 年 5 月;[2]陳磊 章瑋 方攸同.汽車交流發(fā)電機的穩(wěn)壓電路設計[J]. 微電機. 2007 年第 40卷第 3 期;[3]：B. J. Chalmers. Influence of saturation in brushless permanentmagnetmotor drives[ J ]. IEE ProceedingsB, Electric PowerAp2p lications, 1992, 139 (1) : 51～525溫州大學城市學院畢業(yè)設計（論文）開題意見表指導教師意見：指導教師： 年 月 日6系審查意見：系負責人： 年 月 日本科生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述設計（論文）題 目：車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動和保護電路設計）分 院： 電子信息分院 　　　　 　 專業(yè)班級： 電子 04201 姓 名： 陶偉 　 學 號： 04305092 指導教師： 劉希真 　教師職稱： 副教授 完成日期： 2008 年 3 月 10 日 溫州大學城市學院教學科研部制1一：車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器概述汽車工業(yè)是目前國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè), 汽車發(fā)電機的發(fā)展經(jīng)歷了從直流發(fā)電機到交流有刷勵磁發(fā)電機, 再到交流無刷勵磁發(fā)電機的更新?lián)Q代。在汽車所用的電機中, 除發(fā)電機外, 幾乎所有品種的電機均有被永磁電機取代的趨勢。永磁發(fā)電機的開發(fā)研制工作目前仍在一些發(fā)達國家投入大量資金開展, 美國DEL PH I(德爾福) 公司認為, 永磁發(fā)電機將在2002～ 2003年開始大批量投入生產(chǎn)使用, 國內(nèi)也開始了對永磁大功率發(fā)電機進行開發(fā)研究工作。如何確保產(chǎn)品的可靠性, 適應使用溫度高、振動大、灰塵大等惡劣環(huán)境下長期工作, 攻克大功率發(fā)電機整流技術、穩(wěn)壓技術、磁鋼優(yōu)化設計技術、轉(zhuǎn)子結(jié)構設計等技術難關, 是面臨的一大課題。永磁發(fā)電機在應用上，從效率，結(jié)構，體積，重量上都要比勵磁發(fā)電機來的優(yōu)越。目前全球處于能源緊缺的情況下，對于能源的利用率就更加嚴格，今年國內(nèi)又推出將對汽車電子類等幾大行業(yè)進行治理?？梢妼τ谀茉吹囊笫嵌嗝粗匾Ｓ来虐l(fā)電機的出現(xiàn)，一來可以在工藝上減少成本的投入，提高材料的利用率；二來增長蓄電池的壽命，并且減少發(fā)電機的體積和重量。二：車用永磁發(fā)電機的穩(wěn)壓系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀汽車工業(yè)是目前國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè), 汽車發(fā)電機的發(fā)展經(jīng)歷了從直流發(fā)電機到交流有刷勵磁發(fā)電機, 再到交流無刷勵磁發(fā)電機的更新?lián)Q代。在汽車所用的電機中, 除發(fā)電機外, 幾乎所有品種的電機均有被永磁電機取代的趨勢。永磁發(fā)電機的開發(fā)研制工作目前仍在一些發(fā)達國家投入大量資金開展, 美國DEL PH I(德爾福) 公司認為, 永磁發(fā)電機將在2002～ 2003年開始大批量投入生產(chǎn)使用, 國內(nèi)也開始了對永磁大功率發(fā)電機進行開發(fā)研究工作。如何確保產(chǎn)品的可靠性, 適應使用溫度高、振動大、灰塵大等惡劣環(huán)境下長期工作, 攻克大功率發(fā)電機整流技術、穩(wěn)壓技術、磁鋼優(yōu)化設計技術、轉(zhuǎn)子結(jié)構設計等技術難關, 是面臨的一大課題。永磁發(fā)電機在應用上，從效率，結(jié)構，體積，重量上都要比勵磁發(fā)電機來的優(yōu)越。目前全球處于能源緊缺的情況下，對于能源的利用率就更加嚴格，今年國內(nèi)又推出將對汽車電子類等幾大行業(yè)進行治理?？梢妼τ谀茉吹囊笫嵌?么重要。永磁發(fā)電機的出現(xiàn)，一來可以在工藝上減少成本的投入，提高材料的利用率；二來增長蓄電池的壽命，并且減少發(fā)電機的體積和重量。磁路結(jié)構和設計計算永磁發(fā)電機與電勵磁式發(fā)電機的最大區(qū)別在于它的勵磁磁場是永磁體產(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, 還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關, 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)構多種多樣, 漏磁路十分復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, 磁導是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機電磁計算的復雜性, 使計算結(jié)果的準確度低于電勵磁發(fā)電機。因此, 必須建立新的設計概念, 重新分析和改進磁路結(jié)構和控制系統(tǒng); 必須應用現(xiàn)代設計方法, 研究新的分析計算方法, 以提高設計計算的準確度；必須研究采用先進的測試方法和制造工藝?？刂茊栴}永磁發(fā)電機制成后不需外界能量即可維持其磁場, 但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機的應用范圍受到了限制。但是,隨著MOSFET、IGBT 等電力電子器件的控制技術的迅猛發(fā)展, 永磁發(fā)電機在應用中, 可以不必進行磁場控制而只進行電機輸出控制。設計時需要釹鐵硼材料、電力電子器件和微機控制三項新技術結(jié)合起來, 使永磁發(fā)電機在嶄新的工況下運行。不可逆退磁問題如果設計或使用不當, 永磁發(fā)電機在過高(釹鐵硼永磁) 或過低(鐵氧體永磁) 溫度時, 在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應作用下, 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3析各種不同結(jié)構形式的抗去磁能力, 以便在設計和制造時, 保證永磁式發(fā)電機不失磁。成本問題由于稀土永磁材料目前價格還比較貴, 稀土永磁發(fā)電機的成本一般比電勵磁式發(fā)電機高, 這需要用它的高性能和運行費用的節(jié)省來補償。在設計時即需根據(jù)具體使用場合的要求, 進行性能、價格的比較后決定取舍, 又要進行結(jié)構工藝的創(chuàng)新和設計優(yōu)化以降低成本。永磁發(fā)電機采用高能量的釹鐵硼和大功率控制器件制造出來的永磁發(fā)電機, 體積小、重量輕、功率大、輸出效率高。三：目前研究中存在的問題汽車永磁發(fā)電機研究的關鍵技術是在于穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，永磁發(fā)電機的使用的是永久磁鋼，因此在結(jié)構常數(shù)一定的條件下，保持發(fā)電機端電壓平均值恒定，就是要保持發(fā)電機在轉(zhuǎn)速或負載變化時輸出電壓的穩(wěn)定。四：汽車永磁穩(wěn)壓系統(tǒng)的研究思路穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，原理圖包括4 個組成部分，如圖3 所示。采樣電阻由電阻R 1 、R 2 和R 3 組成。當輸出電壓發(fā)生變化時， 采樣電阻取其變化量的一部分送到放大電路的反相輸入端。放大電路4放大電路A 的作用是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量進行放大， 然后再送到調(diào)整管的基極。如果放大電路的放大倍數(shù)比較大， 則只要輸出電壓產(chǎn)生一點微小的變化， 即能引起調(diào)整管的基極電壓發(fā)生較大的變化，提高了穩(wěn)壓效果。因此，放大倍數(shù)愈大，則輸出電壓的穩(wěn)定性愈高?；鶞孰妷夯鶞孰妷河煞€(wěn)壓管VDZ 提供，接到放大電路的同相輸入端。采樣電壓與基準電壓進行比較后， 再將二者的差值進行放大。電阻 R 的作用是保證VDZ有一個合適的工作電流。調(diào)整管調(diào)整管V T 接在輸入直流電壓U 1和輸出端的負載電阻RL之間。輸出電壓U 0 由于電網(wǎng)電壓或負載電流等的變化而發(fā)生波動時， 其變化量經(jīng)采樣、比較、放大后送到調(diào)整管的基極，使調(diào)整管的集— 射電壓也發(fā)生相應的變化， 最終調(diào)整輸出電壓使之基本保持穩(wěn)定?，F(xiàn)在分析串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理。假設由于U 1 增大或I L 減少而導致輸出電壓U 0 增大，則通過采樣以后反饋到放大電路反相輸入端的電壓U F 也按比例地增大，但其同相輸入端的電壓即基準電壓U Z 保持不變，故放大電路的差模輸入電壓將減小，于是放大電路的輸出電壓減小，使調(diào)整管的基極輸入電壓U BE 減小， 則調(diào)整管的集電極電流IC 隨之減小， 同時集電極電壓U CE增大，結(jié)果使輸出電壓U 0 保持基本不變。以上穩(wěn)壓過程可簡明表示如下：U1 ↑ 或I L ↓ → U 0 ↑ → U F ↑ → U Id ↓ → U BE ↓ →IC ↓→ U CE ↑→ U 0 ↓該串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的過程，實質(zhì)上是通過電壓負反饋使輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過程。該串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的另一個優(yōu)點是允許輸出電壓在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)可以通過改變采樣電阻中電位器R 2 的滑動端位置來實現(xiàn)。定性地看，當R 2 的滑動端向上移動時，反饋電壓U F 增大，放大電路的差模輸入電壓減小，使調(diào)整管的U BE 減小，則U CE 增大， 于是輸出電壓U 0 減?。环粗?，若R 2 的滑動端向下移動，則U 0 增大。輸出電壓總的調(diào)節(jié)范圍與采樣電阻R 1 、R 2 和R3 ，3者之間的比例關系以及穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值U Z 有關。在上圖中，假設放大電5路A 是理想運放， 且工作在線性區(qū)，則可以認為其兩個輸入端“虛短”，即U+=U-，在本電路中U+=U Z，U-=U F，故U Z=UF。五：文獻[1]劉明丹.永磁發(fā)電機的電子穩(wěn)壓及可調(diào)研究[J]. 農(nóng)機化研究.2004 年 5 月;[2]陳磊 章瑋 方攸同.汽車交流發(fā)電機的穩(wěn)壓電路設計[J]. 微電機. 2007 年第 40卷第 3 期;[3]：B. J. Chalmers. Influence of saturation in brushless permanentmagnetmotor drives[ J ]. IEE ProceedingsB, Electric PowerAp2p lications, 1992, 139 (1) : 51～52本科生畢業(yè)設計（論文）文獻翻譯設計（論文）題 目：車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動和保護電路設計） 分 院： 　電子信息分院　　　　 　 專業(yè)班級： 電子 04201 班 姓 名： 陶偉 學 號： 04305092 指導教師： 劉希真 教師職稱： 副教授 完成日期： 2008 年 3 月 16 日 溫州大學城市學院教學科研部制1畢 業(yè) 設 計（論 文）文 獻 翻譯1. 所譯外文資料：The Promising Future of Permanent Magnet GeneratorSHI Li-wei1, ZHANG Xue-yi1, GENG Song-liang1, WANG Ya-lin1, LI Ai-jun1，LI Xian-wen2[Abstract] After the introduction of the late automobile generator, the outstanding advantage of permanent magnet generator is presented systemically, and the promising appliance prospect is thus declared.[Key words] eletric engineering; generator; summarize; permanent magnet1 A motor generator status quo at home and abroad At present, domestic and foreign automotive generator is Silicon ectifier generators. The electricity generator from a magnetic field winding, the field winding rotor easily destroyed, disconnected, power consumption, and must be provided by the exciting current batteries can power generation, this will inevitably increase the cost of the automobile. Silicon Rectifier generators with a brushless slip ring structure, slip ring diameter, high-speed, brushless easy to wear, short life expectancy, the high failure rate; other is the brushless generators, it increases the magnetic field gap , MFL, material utilization low and high cost. Domestic agricultural vehicles used by the generators is mainly ferrite magnets alternators, 200 W power in the following, not directly to the agricultural vehicle with the blowing rain, the plane heater, electric speakers, such as DC power, nor can the battery charging. At present, many domestic and foreign research institutes, enterprises invested a great deal of funds for permanent magnet motor generator Development of work. Are: (1) Permanent Magnet DC generator. Or through the use of ferrite materials and rare earth permanent magnets Series electronic regulator and generator windings and structural re-design, generating a stable output voltage direct current. (2) hybrid excitation generators. Its main magnetic field provided by the permanent 2magnet, the field winding only regulate magnetic field, to overcome the Silicon Rectifier brushless slip ring generators installed with the shortcomings of complex structures, low cost performance. 2 permanent magnet generators main advantages (1) structure is simple, reliable work. Permanent magnet generators to avoid a power generator excitation of the field winding-burning, carbon brush and disconnected, easy to wear slip-ring problems, improve reliability. Electronic regulators and as one of the generators, so that the generators of DC output, small size, light weight, the use of maintenance-friendly. (2) a single-phase dual-half-wave controlled rectifier technology. SCR to achieve with two DC output voltage regulator to replace the silicon rectifying the six generators Zheng Liuguan composed of three-phase rectifier bridge and regulating the rotor exciting current size of the electronic regulator. As the auto generator power, the output voltage to 14 V, output current, current per PN junction decline after a 0.7 V. By Q = IUt is understood that the current is, the more heat. PN junction of the large number of fever is not only a waste of the effective power generators, cooling and solve a difficult problem. Power generator output in the same circumstances, single-phase dual-half-wave controlled rectifier regulator circuit power consumption, comparable bridge rectifier circuit of low power consumption 50 percent, reduce the heat to raise the output power, and that the circuit - Stability Pressure, rectifier in one, greatly reducing costs.（3）More then 350 W generator, a high magnetic NdFeB rare earth permanent magnet materials, efficient use of our unique rare earth resources, rare metals and copper to reduce our dependence on foreign imports. The permanent magnetic materials with high energy product, the smaller size will be able to provide large enough magnetic field, making the internal structure of compact generators, small size, light weight. Simplify the structure of the rotor also made to reduce the rotor moment of inertia, practical speed increase over the power (that is, power, volume ratio) to achieve a higher value. 750W of NdFeB permanent magnet generators and 350 W silicon rectifying the quality of a generator. The permanent magnet materials 3also have a high residual magnetism induction intensity and coercive force, to magnetic curve for a straight line, almost no irreversible demagnetization. (4) less than 350 W for the generators, ferrite magnets used materials. Because this material is non-REE cobalt, nickel and other metals, low prices. Ferrite magnets used for rotor material, generator performance can also achieve the use of agricultural vehicles requirements. According to generator power output parameters corresponding select permanent magnetic materials, generators can meet performance requirements, but also improve the economic generators, and better meet the needs of the market. (5) high efficiency. Permanent magnet excitation generators, no electric field winding power consumption, which alone can improve the efficiency of electricity generation from 10% to 15%. The design of a permanent magnet rotor rotor, the need to provide exciting current rotating magnetic field, the rotor is also no electricity brushless excitation rotor and slip ring between the mechanical wear and tear, it can improve the efficiency of generating more than 5 percent. (6) wide use, charging effect distinctions. Generator not only has the regulator function, but also output DC, for battery charging, or direct-drive DC needed for the blowing rain, the plane heater, electric speakers, and so on. Voltage regulation of small, can effectively prevent the battery plate sulfide, will not charge less, will not be a charge. In the process of charging always maintain a small amount of Export, and will not produce large bubble. This is not a lot of electrolyte depletion and pollution battery surface, but also effectively avoid the intense Export and because of the active material loss, Thus extended battery life. 3 prospect of permanent magnet generators Farm vehicle ferrite magnets alternator has been widely applied in China. It uses parallel regulator technology (as shown in Figure 1), a stable output voltage alternating current, with outstanding cost performance, it is proved in practice agricultural vehicles generating the optimal choice. Because of large passenger cars and power generators, especially in large air-conditioned car idling at greater 4consumption of electricity, silicon rectifying generators can only rely on increased transmission ratio to improve low-speed performance, and the permanent magnet generators in power than when idling Exciting-high output power generators doubled, to tackle the vehicle idling consumption big problem.Figure 1 exchange regulator principle of constant pressure generatorPermanent magnet motor generator, the structure and its advanced high-performance, the decision of the vitality of the product and market competitiveness, will replace silicon rectifying generators, improve the electrical system of the automobile the overall level of China's automobile industry to promote technology Progress. Therefore, high-efficiency, cost-effective and high stability of the permanent magnet generators will have a high value of theoretical research and broad application prospects for promotion.中文：5具有開發(fā)前途的車用永磁發(fā)電機史立偉1，張學義1，耿松亮1，王亞林1，李愛軍1，李賢溫2[摘 要] 分析了車用發(fā)電機的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了永磁發(fā)電機的高效率、高性能價格比及高穩(wěn)定性的特點，指出了永磁發(fā)電機具有廣闊的應用前景。[關鍵詞] 電氣工程；發(fā)電機；綜述；永磁1 國內(nèi)外車用發(fā)電機現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外汽車用發(fā)電機主要是硅整流發(fā)電機。該發(fā)電機由電勵磁繞組產(chǎn)生磁，轉(zhuǎn)子的勵磁繞組易燒毀、斷線、消耗電能多，而且必須由蓄電池提供勵磁電流才能發(fā)電，這樣勢必增加了汽車成本。一種硅整流發(fā)電機帶有碳刷滑環(huán)結(jié)構，滑環(huán)直徑大、線速度高，碳刷容易磨損、壽命短、故障率高；另一種是無刷發(fā)電機，它增加了磁場氣隙、漏磁大，材料利用率低、成本高。國內(nèi)農(nóng)用車所采用的發(fā)電機主要是鐵氧體永磁交流發(fā)電機，功率在 200W 以下，不能直接給農(nóng)用車的刮雨器、暖風機、電喇叭等提供直流電源，也不能給蓄電池充電。目前，國內(nèi)外許多科研單位、企業(yè)投入了大量資金進行車用永磁發(fā)電機的開發(fā)研制工作。主要有：(1) 永磁直流發(fā)電機。通過采用鐵氧體或稀土永磁材料和串聯(lián)式電子穩(wěn)壓器，并對發(fā)電機繞組和結(jié)構重新設計，使發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定的直流電。(2) 混合勵磁發(fā)電機。其磁場主要由永磁體提供，勵磁繞組只起調(diào)節(jié)磁場作用，克服了硅整流發(fā)電機帶有碳刷滑環(huán)裝置的缺點，結(jié)構復雜，性能價格比較低。2 永磁發(fā)電機主要優(yōu)點(1) 結(jié)構簡單，工作可靠。永磁發(fā)電機避免了電勵磁發(fā)電機的勵磁繞組易燒毀、斷線及碳刷、滑環(huán)易磨損等問題，可靠性提高。電子穩(wěn)壓器與發(fā)電機聯(lián)為一體，使發(fā)電機整體實現(xiàn)直流輸出，體積小，質(zhì)量輕，使用維護方便。(2) 采用單相雙半波可控整流技術。用兩只可控硅實現(xiàn)穩(wěn)壓直流輸出，取替了硅整流發(fā)電機的 6 只整流管組成的三相整流橋和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流大小的電子調(diào)節(jié)器。由于汽車發(fā)電機功率大，輸出電壓為 14V，輸出電流大，電流每經(jīng)過一個 PN 結(jié)下降 0.7V。由 Q=IUt 知，電流越大，發(fā)熱越多。PN 結(jié)的大量發(fā)熱6不僅浪費了發(fā)電機的有效功率，而且解決散熱問題也成為一個難點。在發(fā)電機輸出相同功率的情況下，單相雙半波可控整流穩(wěn)壓電路的耗電量，可比整流橋電路的耗電量低 50%，減少了發(fā)熱量，提高了輸出功率，而且該電路集穩(wěn)壓、整流于一體，大大降低了成本。(3) 對于超過 350W 的發(fā)電機，采用高磁性的釹鐵硼稀土永磁材料，有效利用我國得天獨厚的稀土資源，并減少我國稀有金屬銅對國外進口的依賴程度。該永磁材料具有高的磁能積，較小的體積就能提供足夠大的磁場，使得發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構緊湊、體積小、質(zhì)量輕。轉(zhuǎn)子結(jié)構的簡化還使得轉(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）達到一個較高的值。750W 的釹鐵硼永磁發(fā)電機與 350W 的硅整流發(fā)電機質(zhì)量相當。該永磁材料還具有高的剩磁感應強度和矯頑力，去磁曲線為直線，幾乎不產(chǎn)生不可逆退磁。(4) 對于低于 350W 的發(fā)電機，采用鐵氧體永磁材料。此材料由于不含稀土元素鈷、鎳等貴金屬，價格低廉。用鐵氧體永磁材料作轉(zhuǎn)子，發(fā)電機性能指標也能達到農(nóng)用車的使用要求。根據(jù)發(fā)電機輸出功率參數(shù)相應選擇永磁材料，既能滿足發(fā)電機性能要求，又能提高發(fā)電機的經(jīng)濟性，更好地滿足市場需求。(5) 效率高。發(fā)電機用永磁體勵磁，不需電勵磁繞組的電能消耗， 僅此一項即可提高發(fā)電效率 10%～15%。轉(zhuǎn)子的設計采用永磁轉(zhuǎn)子，無需勵磁電流即可提供旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子也沒有電勵磁轉(zhuǎn)子碳刷與滑環(huán)之間的機械損耗，所以發(fā)電機效率又可提高 5%以上。(6) 用途廣，充電效果優(yōu)。發(fā)電機不僅具有穩(wěn)壓功能，而且還可輸出直流電，給蓄電池充電，或直接驅(qū)動需用直流電的刮雨器、暖風機、電喇叭等工作。電壓調(diào)整率小，能有效防止蓄電池的極板硫化，不會欠充電，也不會過充電。在充電過程中始終保持微量的出氣狀態(tài)，不會產(chǎn)生大量氣泡。這樣既不損耗大量的電解液和污染蓄電池表面，同時也有效地避免了因劇烈出氣而造成的活性物質(zhì)脫落，從而延長了蓄電池使用壽命。3 永磁發(fā)電機的應用前景農(nóng)用車用鐵氧體永磁交流發(fā)電機已在我國廣泛應用。它采用并聯(lián)式穩(wěn)壓技術(如圖 1 所示)，輸出電壓穩(wěn)定的交流電，具有突出的性能價格比，實踐證明是農(nóng)7用車發(fā)電機的最優(yōu)選擇。大型客車與轎車由于發(fā)電機功率大，尤其是大型空調(diào)車怠速時用電量較大，硅整流發(fā)電機只能靠增加傳動比來提高低速性能，而永磁發(fā)電機在怠速時要比電勵磁式發(fā)電機的輸出功率高 1 倍，因此能夠解決車輛怠速用電量大的問題。圖 1 交流恒壓發(fā)電機穩(wěn)壓原理圖車用永磁發(fā)電機，以其先進的結(jié)構和優(yōu)異的性能，決定了該產(chǎn)品的生命力和市場競爭力，必將取代硅整流發(fā)電機，提高了汽車電器系統(tǒng)的整體水平，促進我國汽車工業(yè)的技術進步。因此，具有高效率、高性價比和高穩(wěn)定性的永磁發(fā)電機將具有較高的理論研究價值和廣闊的應用推廣前景。82.所譯外文資料：Research on steady voltage of permanent-magnet generator with pressure roller on the vehicleXu Hong-qin,LI Ai-jumAbstract:the steady voltage theroy of permanent-magnet generator with pressure roller is analysed,permanent-magnet with the high remanence intensity is adopted,generator’s structure is designed with creatitity,and output voltage is increased at low rotate speed of generator.Using the parallel electronic voltage stabilizes stabilizes output voltage at high raotate speed,and solves vehicle’s permanent-magnet generator’s problem of generating stable voltage at wide speed and wide load.Key words:pressure roller； steady voltage； vehicle；permanent-magnet generator；1 A regulator of the principle Wheeled permanent magnet generators with pressure from the wheel, with pressure rotor shell, a permanent magnet material from the shaft and the rotor, stator core, the armature winding, install a stent composed of the stator. Its features are: axis and mounting brackets connected to the stator windings and bearings of the inner ring were installed in the shaft pressure, pressure, pulley and rotor design as one shell, the inside of the rotor shell inlay block more permanent magnet materials, from Non-Magnetic aterials intervals, through the screw fixation rotor shell on the outside. When the rotor rotation, the rotating magnetic field, magnetic coil cutting lines, have EMF. As shown in Figure 1, simplified schematic shown in Figure 2.9Figure 1 pressure with wheeled structure of permanent magnet generators1 An electronic regulator;2 mounting bracket;3 waterproof dust covered; 4 Permanent Magnetic Materials; 5 wheeled outside pressure with the rotor shell;6 stator windings; 7 bearings; 8-axisFigure 2 generators simplified schematicPressure wheeled vehicles with permanent magnet generators, the load is light, can be thought of as purely resistance, resistance values do not change with AC change. When connected to the circuit at the induction generator armature winding EMF role, through the current load:At both ends of the load voltage:10When the generators at a low speed,(Cdn2) much smaller, can be omitted or not, U and n is proportional to n high speed when the generator when,(Cdn2) far better than the (R + r0) 2 can be neglected, close to constant .This shows that the output voltage generators, in low speed, with speed is proportional to the increase of cases increased, and then further increase the speed with the growth rate slowed down, to the maximum speed at stabilizing. Therefore, in generating the same load R circumstances, the generators themselves have a certain role of regulator. However, in practical application, load R constantly changing, the output voltage also will change, so a parallel electronic regulator to further stabilize the high-speed generator output voltage to meet the application requirements. Regulators electronic circuit as shown in Figure 3.Figure 3 parallel electronic circuit regulatorM-micro-current transformer; D1, D2, D3-diode; T1-transistor; SCR1, SCR2-SCR; DW-regulator of; R1, R2-resistance; C1-capacitance; Jf-alternator.When the generators running at low speed, through the use of high-intensity induction remanence Permanent Magnetic Materials, improving structural design of generators, increasing the very few, and to increase the armature winding turns, and other measures to increase the output voltage at low speed. When the generator empty, that is no current through the circuit, micro-M of the current transformer Cijixianquan no signal output, not on-SCR1 SCR, SCR2 is not conducting. In the daytime work, not because of the use of lights, no current through the circuit, despite the generator rotor rotary generators but no power output, this not only reduce the energy loss, but 11also ensure that the electronic regulator and reliability of the use of generators . When the generator is loaded, that is, in the current through the circuit, micro-M of the current transformer Cijixianquan a signal output, SCR SCR1-on. Starting rotation when the generator, because of low speed, the output voltage is low, less than the target set value regulator, the transistor T1 emitter and the point A voltage regulator of the DW is less than the breakdown voltage, the transistor T1 in the closing State, not to provide SCR SCR2 the gate trigger current, not on-SCR SCR2, electronic regulator output voltage generator is the ends of the output voltage. With the increase of generator speed, then increase the output voltage, when the voltage rise to a certain value, the transistor T1 emitter and the point A voltage regulator of the DW than the breakdown voltage, the transistor T1 by the deadline Into conduction, to provide SCR SCR2 the gate trigger current, on-SCR SCR2, generators instantaneous short-circuit, voltage wave Xue Qu part to reduce the output voltage, SCR SCR2 forward without delay to The deadline for voltage. SCR SCR2 after the deadline, then increased output voltage, the transistor's emitter and T1> point voltage also increased, again higher than when the regulator of the DW breakdown voltage, the transistor T1 by the deadline into on - , To give SCR SCR2 trigger the gate to provide current, SCR SCR2 from closing into on-again, generating more transient short-circuit, further reducing the output voltage, the cycle, SCR SCR2 repeatedly in the on-off status, thus E-output voltage regulator to maintain stability. Another on-SCR SCR2, a short-circuit nature of the emotional current, to have a magnetic effect and DC magnetic effect will also reduce the amplitude of the output voltage to achieve the objective of regulators. Electronic Regulators regulators before and after the output voltage waveform shown in Figure 4.(a) before the regulator output voltage waveform curve 12(b) after the regulator output voltage waveform curve Figure 4 electronic regulator regulators before and after the output voltage waveform curve.13中文：車輛用壓帶輪式永磁發(fā)電機的穩(wěn)壓研究徐紅芹，李愛軍摘要：分析了壓帶輪式永磁發(fā)電機的穩(wěn)壓原理，采用高剩磁感應強度的永磁材料并對發(fā)電機結(jié)構進行創(chuàng)新設計，提高了發(fā)電機低轉(zhuǎn)速時的輸出電壓。采用并聯(lián)式電子穩(wěn)壓器穩(wěn)定高轉(zhuǎn)速時的輸出電壓，解決了車輛用永磁發(fā)電機在寬轉(zhuǎn)速、寬負載范圍內(nèi)輸出電壓保持穩(wěn)定的問題。關鍵詞：壓帶輪；永磁發(fā)電機；穩(wěn)壓；車輛1 穩(wěn)壓原理的分析壓帶輪式永磁發(fā)電機由壓帶輪式外轉(zhuǎn)子殼、永磁材料構成的轉(zhuǎn)子和由軸、定子鐵芯、電樞繞組、安裝支架構成的定子組成。其特征在于：軸與安裝支架固定聯(lián)接，定子繞組和軸承的內(nèi)圈均壓裝在軸上，壓帶輪與外轉(zhuǎn)子殼設計為一體，外轉(zhuǎn)子殼內(nèi)側(cè)嵌有多塊永磁材料，由非導磁材料間隔，通過螺釘固定在外轉(zhuǎn)子殼上。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，磁場旋轉(zhuǎn)，線圈切割磁力線，產(chǎn)生電動勢。如圖 1 所示，簡化原理圖如圖 2 所示。圖 1 壓帶輪式永磁發(fā)電機結(jié)構示意圖1 電子穩(wěn)壓器；2 安裝支架；3 防塵防水蓋；4 永磁材料；5 壓帶輪式外轉(zhuǎn)子殼；6 定子繞組；7 軸承；8 軸14圖 2 發(fā)電機的簡化原理圖車輛用壓帶輪式永磁發(fā)電機的外負載主要是照明燈，可認為是純電阻性，電阻值不隨交流電的改變而改變。當外電路接通時，在發(fā)電機電樞繞組感應電動勢的作用下，通過負載的電流為：負載兩端的電壓為：當發(fā)電機轉(zhuǎn)速很低時，(C dn2)小得多， 可略去不計，U 與 n 成正比；當發(fā)電機轉(zhuǎn)速 n 很高時, (Cdn2) 遠遠大于（R+r 0） 2可忽略， 接近于常數(shù)。由此可見，發(fā)電機的輸出電壓，在轉(zhuǎn)速較低時，隨轉(zhuǎn)速的升高成正比例地增加，然后隨轉(zhuǎn)速的進一步升高增長速度減慢，到最高轉(zhuǎn)速時趨于平穩(wěn)。因此在發(fā)電機負載 R 不變的情況下，發(fā)電機本身具有一定的穩(wěn)壓作用。但在實際應用中，負載 R 經(jīng)常變化，輸出電壓也隨之變化，因此采用并聯(lián)式電子穩(wěn)壓器進一步穩(wěn)定發(fā)電機高速時的輸出電壓，以滿足使用要求。電子穩(wěn)壓器電路圖如圖3 所示。15圖 3 并聯(lián)式電子穩(wěn)壓器電路圖M—微型電流互感器；D 1、D 2、D 3—二極管；T 1—三極管；SCR 1、SCR 2—可控硅；DW—穩(wěn)壓管；R 1、R 2—電阻；C 1—電容；Jf—交流發(fā)電機當發(fā)電機低速運轉(zhuǎn)時，通過采用高剩磁感應強度的永磁材料，改進發(fā)電機結(jié)構設計，增加極對數(shù)，以及增加電樞繞組匝數(shù)等措施提高低速時的輸出電壓。當發(fā)電機空載時，即電路中無電流通過時，微型電流互感器 M 的次級線圈無信號輸出，可控硅 SCR1不導通，SCR 2 也不導通。在白天工作時，由于不使用照明燈，電路中無電流通過，盡管發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)但發(fā)電機無功率輸出，這樣既減少了能量損耗，也保證了電子穩(wěn)壓器和發(fā)電機的使用可靠性。當發(fā)電機有負載時，即電路中有電流通過時，微型電流互感器 M 的次級線圈有信號輸出，可控硅 SCR1導通。發(fā)電機開始轉(zhuǎn)動時，由于轉(zhuǎn)速低，輸出電壓也低，小于設定的目標穩(wěn)壓值，三極管 T1的發(fā)射極與 A 點的電壓小于穩(wěn)壓管 DW 的擊穿電壓，三極管 T1處于截止狀態(tài)，不能給可控硅 SCR2的柵極提供觸發(fā)電流，可控硅 SCR2 不導通，電子穩(wěn)壓器的輸出電壓即為發(fā)電機兩端的輸出電壓。隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速的升高，輸出電壓隨之升高，當電壓升高到一定值后，三極管 T1的發(fā)射極與 A 點的電壓大于穩(wěn)壓管 DW 的擊穿電壓，三極管 T1 由截止變?yōu)閷?，給可控硅 SCR2 的柵極提供觸發(fā)電流，可控硅 SCR2 導通，發(fā)電機瞬時短路，將電壓波形削去一部分以降低輸出電壓，可控硅 SCR2 延時至無正向電壓時截止?？煽毓?SCR2截止后，輸出電壓隨之升高，三極管 T1 的發(fā)射極與> 點的電壓也升高，當再高于穩(wěn)壓管 DW的擊穿電壓時，三極管 T1由截止變?yōu)閷ǎ俳o可控硅 SCR2 的柵極提供觸發(fā)電流，可控硅 SCR2 由截止再變?yōu)閷ǎl(fā)電機再瞬時短路，輸出電壓再降低，周而復始，可控硅 SCR2 反復處于通斷狀態(tài)，從而使電16子穩(wěn)壓器的輸出電壓保持穩(wěn)定。另外可控硅 SCR2 導通后，產(chǎn)生短路性質(zhì)的感性電流，產(chǎn)生去磁作用和直流磁性作用也將輸出電壓幅值降低，從而達到穩(wěn)壓的目的。電子穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前、后輸出電壓的波形如圖 4 所示。（a）穩(wěn)壓前輸出電壓波形曲線 （b）穩(wěn)壓后輸出電壓波形曲線圖 4 電子穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前、后輸出電壓波形曲線