高速永磁同步发电机的典型应用是微型燃气轮机发电机组。永磁同步发电机被设计双向应用，起动过程中作为电动机用，正常工作时作发电机用。发电机是将机械能转化为电能的能量转换部件，目前广泛使用的有交流感应发电机、永磁发电机和磁阻式发电机，它们的参数比较见表2-2。微型燃气轮机发电机组大多采用永磁高速发电机组，它主要由定子、转子组成。图2-6所示为Bowman公司生产的微型燃气轮机与永磁高速发电机部件。

表2-2 发电机参数比较

永磁发电机与普通的感应发电机和磁阻式发电机比较，具有以下优点：

1）实心转子，适用于高速运行，具有很高的比功率。永磁高速发电机由高能级永磁体励磁，转子直径可做得很小；而且外设紧圈，类似于一台实心转子发电机，适应于高速运行，所以这类发电机的比功率很高。美国西屋公司制成的一台功率为100kW的稀土永磁同步发电机的转速为60000r/min，重量仅有40.8kg，直径为20cm，长度为39cm，比功率达到2.45kW/kg。

图2-6 BOWMAN公司生产的微型燃气轮机与永磁高速发电机部件

2）高效率。由于永磁高速发电机转子不设励磁绕组，没有励磁损耗，无电刷与集电环间的摩擦和接触损耗。另外，在设置紧圈情况下，转子的表面光滑，风阻很小。与凸极式交流发电机相比，同等功率的稀土永磁发电机的总损耗大约要小10％～15％，目前永磁高速发电机的效率可达90％以上。

稀土永磁发电机不仅效率高，而且其高效率段比较宽，在负荷变化范围较大时，仍能保持较高效率。这是因为常规线绕式同步发电机当负荷增大时，阻抗压降和电枢反应的影响大，端电压下降厉害，为保持发电机端电压恒定，只能增加励磁电流来提高气隙磁感应强度，这样就使得铁损耗和励磁铜损耗明显增大。由于稀土永磁体高内禀顽力的特点，使得电枢反应的影响很小，负载变化时，气隙磁感应强度变化很小，稀土永磁发电机的铁损耗可看作为一个固定不变的参数。

3）高可靠性。稀土永磁高速发电机转子上没有励磁绕组，轴上也不需要安装集电环，因而没有线绕转子发电机上存在的励磁短路、断路、绝缘损坏、电刷与集电环接触不良等一系列故障因素；另外，由于采用永磁体励磁方式，使稀土永磁高速发电机的零部件数量少于一般线绕组转子发电机。

稀土永磁高速发电机也存在着下列缺点：(www.daowen.com)

1）由于稀土永磁体的高内禀顽力，使得其磁场无法调节，所以当负荷或转速发生变化时，这类发电机保持恒压比较困难。

2）对于线绕转子同步发电机，一旦发生短路故障时，可以保证在30ms内把励磁切断，而稀土永磁高速同步发电机却不具备此能力。

3）稀土永磁发电机造价比较高。

微型燃气轮机发电机组使用永磁高速发电机存在许多的优势，但是高速发电机的使用面临着磁钢选择、转子温升控制、转子磁路结构、磁性保持及温度限制问题，以及制造工艺等一系列关键技术。

1.磁钢选择

磁钢是永磁发电机的磁能源，其性能好坏直接影响发电机的性能。考虑各种永磁材料的磁性能及高速永磁发电机对体积与功率方面的实际要求，高剩磁、高矫顽力、高磁能积的稀土永磁成为首选材料。

2.转子温升控制

永磁材料工作温度容易影响发电性能，还存在“热时效”效应，即磁性能随温度而变化，影响发电机的性能，使发电机效率下降、稳态电压变化率增加。温度过高甚至会造成永磁材料失磁。因此，控制转子温升是确保发电机正常工作的关键技术。一般采用改善结构设计和制造工艺，选择恰当的材料达到控制转子温升目的。

3.转子磁路结构

稀土永磁同步发电机电枢绕组通常设在定子上，稀土永磁体以各种不同结构形式安放于转子轴上。因此，稀土永磁同步发电机结构特点主要表现在转子上。微型燃气轮机发电机组中，发电机磁极对数较少，一般采用径向式转子磁路结构。其转子磁路结构中永磁体的采用瓦片形结构。