CN102185399B - 多极电励磁变频发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多极电励磁变频发电机，包括多极定子，多极转子及与多极定子上的定子绕组引出线相连的主回路可控硅整形电路；多极转子上绕有励磁线圈，并且该多极转子的磁场采用电磁可控磁场，多极转子上的励磁线圈与励磁线圈驱动电路相连，而励磁线圈驱动电路再与励磁驱动电压控制电路相连，励磁驱动电压控制电路同时与主回路可控硅整形电路相连，励磁驱动电压控制电路通过控制多极转子上励磁磁场的强弱来控制多极定子的输出电压大小，从而在多极定子上产生电压幅度恒定的等幅交流电，所述等幅交流电再通过主回路可控硅整形电路整形成所需频率的正弦波交流电输出。本发明重量更轻，发出的交流电波形失真度小，且不存在高频无线电电磁波干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种多极电励磁变频发电机。
背景技术
目前传统的发电机大都为交流同步发电机，由供输出电能的主绕组和提供磁场的励磁绕组组成，这类同步发电机直接产生的是与发动机转速完全同步的交流电，即每一个周期一个正弦波。目前的交流电频率一般都为50Hz或60Hz，如磁极数是2极或4极。发电机的功率重量比与频率有很大的关系，频率越高，发电机频率重量比越大，发电机可做得越轻。一般情况频率增加10倍，同一功率发电机只有原机的二分之一重量，所以通过增加发电机的频率就可大大减少原材料的使用及发电机的重量。
逆变发电机由于其体积小，重量轻，电性能好等诸多优点，近年来在小型引擎发电机领域发展很快。现有的逆变发电机的工作原理是采用一个多极的交流永磁发电机发出一个频率较高的等幅交流电，通过可控整流方法将该交流电整流成一个恒定的直流电，再通过逆变电路将其转换成所需要的交流电，俗称ADA方式。
由于现有的ADA逆变电路是通过桥式电路，采用IGBT功率晶体管对直流电斩波，再通过LC电路对该波形进行整形，还原成交流正弦波。因为采用IGBT功率晶体管在斩波频率20K的状态下工作会产生较大的开关损耗，造成晶体管的发热及功率的损失，降低了效率，同时用来对斩波后波形进行整形的大功率电感也会产生较大的热量，造成较大的损耗。同时20K斩波频率的多次谐波会产生可发射的高频无线电电磁波，如要将发电机功率做的更大，则无线电电磁波也更大，这将无法通过现有的欧洲EMC认证要求，所以此方法只能用在较小功率的发电机上。而且逆变发电机的电子线路部分较复杂，成本高，性价比较低，市场竞争优势不明显。
当然现有技术中亦有对发电机发出的较高频率等幅交流电直接用可控硅来整形，即通过串连在输出线圈电路上的可控硅控制不同时刻的导通角来获得接近正弦波波形的交流电。但这种方式在实际运用过程中，由于发电机从空载到负载时的外电压幅度变化较大，幅度不恒定（尤其是空载状态时，发电机的外电压幅度会很高），让可控硅既要控制电压幅度，同时控制电压波形的方法很难获得波形失真小，电压稳定的交流电，从而无法真正在实际中使用。
发明内容
本发明目的是：提供一种能够同时克服上述现有同步发电机和逆变发电机的缺点，重量更轻，发出的交流电波形失真度小，电压更稳定，且不存在高频无线电电磁波干扰的多极电励磁变频发电机。
本发明的技术方案是：一种多极电励磁变频发电机，包括一个多极定子，一个多极转子及与多极定子上的绕组引出线相连的主回路可控硅整形电路；其特征在于所述多极转子上绕有励磁线圈，并且该多极转子的磁场采用电磁可控磁场，所述多极转子上的励磁线圈与励磁线圈驱动电路相连，而励磁线圈驱动电路再与励磁驱动电压控制电路相连，所述励磁驱动电压控制电路同时与主回路可控硅整形电路相连，所述励磁驱动电压控制电路通过控制所述多极转子上励磁磁场的强弱来控制多极定子的输出电压大小，从而在多极定子上产生电压幅度恒定的等幅交流电，所述等幅交流电再通过主回路可控硅整形电路整形成所需频率的正弦波交流电输出。
本发明中所述多极转子的磁场强弱受励磁驱动电压控制，而励磁驱动电压则由励磁驱动电压控制电路根据多极定子输出电压的大小控制产生。
本发明中所述多极定子输出电压的频率为所述多极转子的转速与其磁极数的乘积，而励磁驱动电压的大小则是由所述励磁驱动电压控制电路根据多极定子输出电压的大小实施增补。
进一步讲，本发明中所述励磁驱动电压由所述励磁驱动电压控制电路输出的励磁电压控制信号经励磁线圈驱动电路放大后输出给多极转子的励磁线圈；而励磁电压控制信号则由励磁驱动电压控制电路根据空载和负载状态下多极定子输出电压大小的变化，并结合取自多极定子输出电压的反馈信号、取自正弦波交流电的反馈信号以及其它各种反馈信号进行综合处理后产生，所述其它各种反馈信号是指发电机输出端因负载变动而造成输出电压波动的反馈信号、驱动转子旋转的发动机本身输出功率不稳定而造成输出电压波动的反馈信号，以及发电机的定、转子因温度变化而造成输出电压波动的反馈信号。
而本发明中所述正弦波交流电的波形是由所述主回路可控硅整形电路根据励磁驱动电压控制电路输出的整流控制信号对多极定子输出的等幅交流电进行正反相整流并整形而形成的。
本发明的优点是：
本发明与现有的同步发电机相比，由于采用电磁可控磁场的多极转子，提高了发电机的频率，故大大节省了铜材及矽钢材料，减轻了机器的重量。
而本发明与现有的逆变发电机比较，由于其发电过程取消了ADA发电方式中20K左右的高频斩波过程，所以没有高频辐射干扰，几乎消除了电磁干扰；同样本发明的变频电路取消了使用价格昂贵的大功率半导体功率器件，以及大容量电容，避免使用体积较大容易造成电磁干扰的大电感，故大大减低了成本，简化了电子电路，进一步减轻了发电机重量。
总之，本发明的总造价均低于现有的同步发电机和逆变发电机，且从性能而言，本发明的电压稳定性、频率精度、波形失真情况等可基本达到现有逆变发电机的水平，高于一般同步发电机。并且本发明重量更轻，价格更低，性能也完全能满足所有用电器需要。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明多极电励磁变频发电机的定转子部分的结构示意图；
图2为本发明的变频电路的工作原理框图；
图3为本发明的多极定子上输出电压波形至最终正弦波交流电波形变化示意图。
其中：1、多极定子；2、多极转子；3、定子绕组；4、励磁线圈。
具体实施方式
实施例：结合图1和图2所示，本实施例所述的这种多极电励磁变频发电机，包括一个多极定子1，一个多极转子2和一个由主回路可控硅整形电路、励磁线圈驱动电路和励磁驱动电压控制电路组成的变频电路，所述多极转子2的磁场采用电磁可控磁场，其各个极上的励磁线圈4与励磁线圈驱动电路相连，而励磁线圈驱动电路再与励磁驱动电压控制电路相连。所述多极定子1上的定子绕组3则同主回路可控硅整形电路相连，所述励磁驱动电压控制电路则同时与主回路可控硅整形电路相连。
结合图2、图3所示，本实施例所述的多极电励磁变频发电机工作时，同现有技术一样，由发动机驱动多极转子2转动后，便在多极定子1的定子绕组上产生电压，多极定子1上取出部分能量提供给多极转子2的励磁线圈4后又使其自身定子绕组3上绩聚能量直至达到平衡状态。
如图3所示，正常工作时，励磁驱动电压控制电路根据空载和负载状态下多极定子输出电压大小的变化，并结合取自多极定子输出电压的反馈信号和取自正弦波交流输出电压的反馈信号以及其它各种反馈信号，综合处理后产生励磁电压控制信号（所述其它各种反馈信号是指发电机输出端因负载变动而造成输出电压波动的反馈信号、驱动转子旋转的发动机本身输出功率不稳定而造成输出电压波动的反馈信号，以及发电机的定、转子因温度变化而造成输出电压波动的反馈信号），该励磁电压控制信号经励磁线圈驱动电路放大形成励磁驱动电压输出给多极转子的励磁线圈，以控制多极转子的磁场强弱变化。即励磁驱动电压的大小是由所述励磁驱动电压控制电路根据多极定子输出电压的大小来实施增补的，当发电机外接负载后，发电机相应的外电压会变小，此时通过增大转子励磁磁场强度来提高外电压，从而使得外电压始终保持在一定数值，以此确保在多极定子上输出电压幅度恒定的等幅交流电，这样就完成了对于发电机输出电压幅度恒定的控制。其中所述多极定子输出电压的频率为所述多极转子的转速与其磁极数的乘积。
与此同时所述主回路可控硅整形电路根据励磁驱动电压控制电路输出的整流控制信号来对多极定子输出的等幅交流电进行正反相整流，再滤波整形，最终输出所需频率的正弦波交流电。
本发明所述的这种多极电励磁变频发电机与现有的同步发电机相比，由于采用电磁可控磁场的多极转子，提高了发电机的频率，故大大节省了铜材及矽钢材料，减轻了机器的重量。
而本发明与现有的逆变发电机比较，由于其发电过程取消了ADA发电方式中20K左右的高频斩波过程，所以没有高频辐射干扰，几乎消除了电磁干扰；同样本发明的变频电路取消了使用价格昂贵的大功率半导体功率器件，以及大容量电容，避免使用体积较大容易造成电磁干扰的大电感，故大大减低了成本，简化了电子电路，进一步减轻了发电机重量。
总之，本发明的总造价均低于现有的同步发电机和逆变发电机，且从性能而言，本发明的电压稳定性、频率精度、波形失真情况等可基本达到现有逆变发电机的水平，高于一般同步发电机。
Claims (1)
1.一种多极电励磁变频发电机，包括一个多极定子，一个多极转子及与多极定子上的定子绕组引出线相连的主回路可控硅整形电路；其特征在于所述多极转子上绕有励磁线圈，并且该多极转子的磁场采用电磁可控磁场，所述多极转子上的励磁线圈与励磁线圈驱动电路相连，而励磁线圈驱动电路再与励磁驱动电压控制电路相连，所述励磁驱动电压控制电路同时与主回路可控硅整形电路相连，所述励磁驱动电压控制电路通过控制所述多极转子上励磁磁场的强弱来控制多极定子的输出电压大小，从而在多极定子上产生电压幅度恒定的等幅交流电，所述等幅交流电再通过主回路可控硅整形电路整形成所需频率的正弦波交流电输出；所述多极定子输出电压的频率为所述多极转子的转速与其磁极数的乘积，而励磁驱动电压的大小则是由所述励磁驱动电压控制电路根据多极定子输出电压的大小实施增补。
2．根据权利要求 1所述的多极电励磁变频发电机，其特征在于所述多极转子的磁场强弱受励磁驱动电压控制，而励磁驱动电压则由励磁驱动电压控制电路根据多极定子输出电压的大小控制产生。
3．根据权利要求1所述的多极电励磁变频发电机，其特征在于所述励磁驱动电压由所述励磁驱动电压控制电路输出的励磁电压控制信号经励磁线圈驱动电路放大后输出给多极转子的励磁线圈；而励磁电压控制信号则由励磁驱动电压控制电路根据空载和负载状态下多极定子输出电压大小的变化，并结合取自多极定子输出电压的反馈信号、取自正弦波交流电的反馈信号以及其它各种反馈信号进行综合处理后产生，所述其它各种反馈信号是指发电机输出端因负载变动而造成输出电压波动的反馈信号、驱动转子旋转的发动机本身输出功率不稳定而造成输出电压波动的反馈信号，以及发电机的定、转子因温度变化而造成输出电压波动的反馈信号。
4．根据权利要求3所述的多极电励磁变频发电机，其特征在于所述正弦波交流电的波形是由所述主回路可控硅整形电路根据励磁驱动电压控制电路输出的整流控制信号对多极定子输出的等幅交流电进行正反相整流并整形而形成的。
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