CN101662176B - 大功率谐波励磁发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电机，具体为一种大功率谐波励磁发电机。解决现有谐波励磁发电机的三次谐波绕组以及主绕组的电压波形畸变率较高的问题。包括定子、嵌于定子槽内的主绕组和三次谐波绕组，主绕组为双层波绕组，三次谐波绕组为不等匝的单层同心式绕组，即在三次谐波绕组的每一极对下的8个槽内，第三槽和第七槽内导体根数为零，第一槽和第五槽内的单层同心线圈的匝数与第二槽和第四槽、第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数比为1∶0.707并进行四舍五入取整。主绕组采用短距绕组。本发明三次谐波绕组波形畸变率可降低到15％。主绕组可降低波形畸变率4.8％。本发明适用于矿用电传动自卸车上，也可做为发电机应用于铁路、电站、工矿等其它领域。
Description
技术领域
本发明涉及发电机，具体为一种大功率谐波励磁发电机。
背景技术
谐波励磁发电机以其良好的相复励功能做为自励恒压电源广泛应用于电站、移动电源、军用冷藏车等领域，但多以小型功率等级为主。目前，矿用领域的130t、154t、170t等大型电传动自卸车用谐波励磁发电机主要依赖进口。现有的谐波励磁发电机主绕组包括两套绕组，两套绕组采用双层波绕组并且分别呈星形连接，这两套绕组发出的电压大小相等，相位差30°电角度，具有相同大小的电流，即六相双星移30°电角度。现有的谐波励磁发电机的两套主绕组的合成节距和第一节距都为整距，即合成节距和第一节距分别为2τ和τ(τ为以槽数计算的极距)。三次谐波绕组为等匝单层波绕组，其节距为主绕组的1/3，这种谐波励磁发电机发出的电压波形畸变率较大，尤其是三次谐波绕组，波形畸变率可高达39％(试验数据)，不利于整流控制，同时影响电机效率。
发明内容
本发明为了解决现有谐波励磁发电机的三次谐波绕组以及主绕组的电压波形畸变率较高的问题，提供一种大功率谐波励磁发电机。
本发明是采用如下技术方案实现的：大功率谐波励磁发电机，包括定子、嵌于定子槽内的主绕组和三次谐波绕组，定子槽数96，极数8，主绕组为双层波绕组，三次谐波绕组为不等匝的单层同心式绕组，即在三次谐波绕组的每一极对下的8个槽内(三次谐波磁场极数为基波的3倍，则三次谐波磁场极距τ3＝96/8×3＝4)，第三槽和第七槽内导体根数为零，第一槽和第五槽内嵌有单 层同心线圈，第二槽和第四槽内嵌有与第一槽和第五槽内的单层同心线圈串联的单层同心线圈，第六槽和第八槽内嵌有与第一槽和第五槽内的单层同心线圈串联的单层同心线圈，第二槽和第四槽内的单层同心线圈与第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数相同，第一槽和第五槽内的单层同心线圈的匝数与第二槽和第四槽、第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数比为1∶0.707( 
)并进行四舍五入取整(即四舍五入取整数)。
进一步地，为了降低主绕组的输出电压波形畸变率，主绕组的第一节距为10槽(即短节距5/6τ)，合成节距为整距。主绕组为两套双星形绕组，这两套绕组相差30°电角度，这种主绕组结构对于带整流负载的同步发电机有突出优点。
本发明所述的大功率谐波励磁发电机的三次谐波绕组设计为特殊的单层同心式绕组，具有不等匝设计，其导体数按正弦规律排列，即在绕组中心线处，导体根数为零，距离绕组中心线90°电角度处，导体根数最大。其优点是电压品质较好，具有较小的波形畸变率，三次谐波绕组波形畸变率可降低到15％(试验数据)。主绕组采用短距波绕组较整距波绕组，可降低波形畸变率4.8％(试验数据)。本发明所述的大功率谐波励磁发电机适用于矿用电传动自卸车上，做为自卸车的主电源。该电机也可做为发电机应用于铁路、电站、工矿等其它领域。
附图说明
图1为本发明所述的大功率谐波励磁发电机的主绕组接线原理图；
图2为本发明所述的大功率谐波励磁发电机的三次谐波绕组接线原理图；
具体实施方式
大功率谐波励磁发电机，包括定子、嵌于定子槽内的主绕组和三次谐波绕组，定子槽数96，极数8，主绕组为双层波绕组，三次谐波绕组为不等匝的单 层同心式绕组，即在三次谐波绕组的每一极对下的8个槽内(三次谐波磁场极数为基波的3倍，则三次谐波磁场极距τ3＝96/8×3＝4槽，极对为8槽)，第三槽和第七槽内导体根数为零，第一槽和第五槽内嵌有单层同心线圈，第二槽和第四槽内嵌有与第一槽和第五槽内的单层同心线圈串联的单层同心线圈，第六槽和第八槽内嵌有与第一槽和第五槽内的单层同心线圈串联的单层同心线圈，第二槽和第四槽内的单层同心线圈与第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数相同，并且第一槽和第五槽内的单层同心线圈的匝数与第二槽和第四槽、第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数比为1∶0.707( )并进行四舍五入取整(即四舍五入取整数)。主绕组的第一节距为10槽(即短节距)，合成节距为整距。
具体实施时，与现有产品一样，该大功率谐波励磁发电机的主绕组包括两套绕组，两套绕组相位差30°电角度，两套绕组采用波绕组并且分别呈星形连接，这两套绕组发出的电压大小相等，具有相同大小的电流(即两套绕组的匝数、导线等相同)。其区别在于该大功率谐波励磁发电机的两套主绕组的第一节距为10槽(即短节距)，合成节距为整距，而现有产品的第一节距和合成节距都为整距。
结合附图进一步描述如下：定子槽数96，极数8，三相绕组，主绕组为双层波绕组，分别输出1U、1V、1W、1N和2U、2V、2W、2N两套独立的绕组，这两套绕组具有大小相等的电压，但相位相差30°电角度，绕组节距为10，短距结构，可削弱5、7次谐波。主绕组接线原理图见图1。
以U相为例，具体接线如下：
1U：将N极下的线圈(线圈编号以上层边为准)：11、35、59、83、10、34、58、82连接起来，与S极下的线圈：94、70、46、22、95、71、47、23串联起来成为一相。
2U：将N极下的线圈(线圈编号以上层边为准)：81、9、33、57、80、8、32、56、连接起来，与S极下的线圈：68、44、20、92、69、45、21、93串联起来成为一相。
三次谐波绕组，设计为不等匝的单层同心式绕组。如图2谐波绕组接线原理图所示：三次谐波磁场极数为基波的3倍，则三次谐波磁场极距τ3＝4。本具体实施方式中，2～9槽为一个极对下的一个线圈组，同心式线圈外圈(前述的第一槽和第五槽内的单层同心式线圈)匝数与内圈(即前述的第二槽和第四槽、第六槽和第八槽内的单层同心线圈)匝数比为1∶0.707并进行四舍五入取整，从图2看，即2～6线圈与3～5线圈、7～9线圈的匝数比为1∶0.707并进行四舍五入取整。本具体实施方式中，2～6线圈(即前述的第一槽和第五槽内的单层同心式线圈)绕四匝，3～5线圈(即前述的第二槽和第四槽内的单层同心线圈)和7～9线圈(即前述的第六槽和第八槽内的单层同心线圈)的匝数为4×0.707＝2.828，四舍五入齐整后为三匝，4号槽和8号槽内没有导体。三次谐波绕组每一极对下的线圈相互串联形成一个线圈组，十二个线圈组(十二个极对)都按此规律排列、连接。根据励磁电压、电流的需要，三次谐波绕组的十二个线圈组可连接成不同数量的并联支路，本具体实施方式中，三次谐波绕组形成了四个并联支路，即将十二个线圈组每三个串联再相互并联。
Claims (3)
1.一种大功率谐波励磁发电机，包括定子、嵌于定子槽内的主绕组和三次谐波绕组，定子槽数96，极数8，主绕组为双层波绕组，其特征为：三次谐波绕组为不等匝的单层同心式绕组，即在三次谐波绕组的每一极对下的8个槽内，第三槽和第七槽内导体根数为零，第一槽和第五槽内嵌有单层同心线圈，第二槽和第四槽内嵌有与第一槽和第五槽内的单层同心线圈串联的单层同心线圈，第六槽和第八槽内嵌有与第一槽和第五槽内的单层同心线圈串联的单层同心线圈，第二槽和第四槽内的单层同心线圈与第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数相同，第一槽和第五槽内的单层同心线圈的匝数与第二槽和第四槽、第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数比为1∶0.707并进行四舍五入取整。
2.根据权利要求1所述的大功率谐波励磁发电机，其特征为：主绕组的第一节距为10槽，合成节距为整距。
3.根据权利要求1或2所述的大功率谐波励磁发电机，其特征为：第一槽和第五槽内的单层同心线圈的匝数为四匝，第二槽和第四槽、第六槽和第八槽内的单层同心线圈的匝数为三匝。
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