CN102231588A

CN102231588A - 应用于双凸极直流发电机的电容补偿电路结构

Info

Publication number: CN102231588A
Application number: CN2011101612478A
Authority: CN
Inventors: 陈志辉; 严仰光; 刘星; 张磊
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-11-02

Abstract

一种双凸极发电机的电容补偿电路结构。对于全桥整流或半桥整流方式的三相双凸极发电机，采用星形或三角形电容补偿电路结构；对于各相电枢绕组采用单相全桥整流方式的双凸极发电机，采用各相分别并联补偿电容的电路结构；对于全桥整流或半桥整流方式的四相双凸极发电机，采用相位互差180°的AC相及BD相电枢绕组输出端分别跨接一个补偿电容的电路结构；对于全桥整流或半桥整流方式的五相双凸极发电机，采用相位互差接近180°的AC相、BD相、CE相、DA相、EB相电枢绕组输出端分别跨接一个补偿电容的电路结构。采用电容补偿电路结构，可以提高电机的功率因数，从而提高双凸极发电机的功率密度。

Description

应用于双凸极直流发电机的电容补偿电路结构

技术领域

本发明涉及的双凸极直流发电机的电容补偿电路结构，属于双凸极直流发电机领域。

技术背景

美国威斯康星-麦迪逊大学的Lipo教授等在开关磁阻电机的基础上增加了永磁励磁，提出了永磁双凸极电机。该电机属于一种变磁阻电机，其定子，转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，结构简单，转子上没有绕组，可靠性高，另外，还具有功率密度高等优点。

电励磁双凸极电机(“双凸极无刷直流发电机”，中国发明专利：申请日1999年6月9日，授权公告号CN1099155C)以电励磁绕组取代永磁体，使得电机的励磁磁场可以调节。作发电机工作时，不需要转子位置传感器，且励磁绕组仅需要单管变换器进行供电，调节励磁绕组电流可调节输出电压，故障时可灭磁，具有可靠性高的特点。作电动机时，可以实现宽的调速性能。

为了使电励磁双凸极发电机的励磁电流更小，可以采用混合励磁的方案，如并列式双凸极混合励磁电机(双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日2003年11月19日，授权公告号CN100361373C)、径向磁钢双凸极混合励磁电机(径向磁钢双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日2006年8月23日，授权公告号CN100424967C)、径向磁钢双凸极混合励磁电机(径向磁钢双凸极混合励磁电机，中国发明专利：申请日2006年8月23日，授权公告号CN100438280C)。

不论是何种结构的双凸极电机都具有电枢电感大的特点，在采用简单整流电路时，相电动势与相电流的功率因数角大，功率因数低；使得采用简单二极管整流电路的双凸极发电系统的功率密度过低。本发明利用了电容对电感性电路功率因数的补偿作用，提出适合双凸极发电机的电容补偿电路结构，改善电机的功率因数，提高发电机的功率密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高双凸极发电机功率密度的电容补偿电路结构。

本发明包括的双凸极发电机的电容补偿结构，是将补偿电容与双凸极电机的特定端子相连接，利用电容上流过容性电流，补偿由于双凸极发电机电枢绕组存在电感而引起的感性电流。该电容补偿电路用于发电机时，在同样的励磁功率下，发电机的外特性硬，功率因数高，从而显著提高了双凸极发电机的功率密度。同样一个双凸极电机在高速下运行时，需要的补偿电容容值小；低速运行时，需要的电容容值大。对于电角频率相同的双凸极发电机采用同样的电容补偿电路结构时，在相绕组电感平均值较大时选用的补偿电容容值小；相绕组电感平均值较小时，需要的电容容值大。

本发明可以应用于三相、四相及多相的电励磁双凸极直流发电机、混合励磁双凸极直流发电机以及永磁双凸极直流发电机上，尤其适合于速度变化范围小或恒速运行的场合。

附图说明

图1是采用全桥或半桥整流发电方式的三相双凸极直流发电机的电容补偿电路的三角形连接方式的示意图。L_A，L_B，L_C代表电枢绕组，C₁，C₂，C₃代表补偿电容，D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆为整流二极管，C为输出滤波电容。三个补偿电容为三角形接法。图1(a)为D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆接成桥式整流电路；图1(b)，(c)的D₁，D₂，D₃接成半桥整流电路。

图2是采用全桥或半桥整流发电方式的三相双凸极直流发电机的电容补偿电路的星形连接方式的示意图。L_A，L_B，L_C代表电枢绕组，C₁，C₂，C₃代表补偿电容，D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆为整流二极管，C为输出滤波电容。三个补偿电容采用了星形接法。图2(a)为D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆接成桥式整流电路；图2(b)，(c)的D₁，D₂，D₃接成半桥整流电路。

图3是双凸极电机各电枢绕组分别接单相整流桥的发电方式下，采用电容补偿电路的连接示意图。L_A，L_B，……，L_N代表电枢绕组，C_A，C_B，……，C_N代表补偿电容，D_A1，D_A2，D_A3，D_A4，D_B1，D_B2，D_B3，D_B4，……，D_N1，D_N2，D_N3，D_N4为整流二极管，C为输出滤波电容。图3(a)为各单相整流桥输出并联的电路图；图3(b)为各单相整流桥输出串联的电路图。

图4是采用全桥或半桥整流电路的四相双凸极直流发电机的电容补偿电路连接示意图。L_A，L_B，L_C，L_D代表电枢绕组；C为输出滤波电容；C₁，C₂代表补偿电容。

图5是采用全桥或半桥整流电路的五相双凸极直流发电机的电容补偿电路连接示意图。L_A，L_B，L_C，L_D，L_E代表电枢绕组；C为输出滤波电容；C₁，C₂，C₃，C₄，C₅代表补偿电容。

具体实施方式

由图1、2可知，本发明的采用全桥或半桥整流发电方式的三相双凸极直流发电机，可以采用三角形或星形电容补偿电路结构。这类整流结构的电枢绕组都有一个公共点-中点O，对于三角形电容补偿电路的连接方式，是将各相电枢的出线端A，B，C两两之间跨接一个补偿电容，于是形成C₁，C₂，C₃构成的三角形补偿电容的连接方式。对于星形电容补偿电路的连接方式，是将各相电枢的出线端A，B，C与电容中点O₁之间跨接一个补偿电容，于是形成C₁，C₂，C₃构成的星形电容补偿电路的连接方式。此外，O与O₁也可以短接起来。

图3是本发明的采用各相采用单相全桥整流方式的双凸极发电机的电容补偿电路结构。由于各相绕组没有公共的中点，各相绕组分别有对应的一个补偿电容与其绕组相并联。

图4是本发明的采用全桥或半桥整流发电方式的四相双凸极发电机的电容补偿电路结构。采用的补偿电容分别跨接在相位互差180°的AC相以及BD相上。

图5是本发明的采用全桥或半桥整流发电方式的五相双凸极发电机的电容补偿电路结构。采用的5个补偿电容分别跨接在相位互差接近180°的AC相、BD相、CE相、DA相、EB相上。

Claims

1.一种采用全桥或半桥整流发电方式的三相双凸极发电机的电容补偿电路结构，包括与三相双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流或半桥整流电路，还包括与电枢绕组输出端相连接的星形电容补偿电路结构或三角形电容补偿电路结构，星形电容补偿电路结构可以与电枢绕组的中点短接或者相互独立。

2.一种采用单相桥整流发电方式的多相双凸极发电机的电容补偿电路结构，包括与多相双凸极发电机电枢绕组连接的单相桥式整流电路，单相桥式整流器的输出可以并联或串联，也可以相互独立；还包括与各相电枢绕组相并联的电容补偿电路结构。

3.一种采用全桥或半桥整流发电方式的四相双凸极发电机的电容补偿电路结构，包括与四相双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流或半桥整流电路，还包括在相位互差180°的AC相及BD相电枢绕组输出端分别跨接一个电容补偿电路结构。

4.一种采用全桥或半桥整流发电方式的五相双凸极发电机的电容补偿电路结构，包括与五相双凸极发电机电枢绕组连接的桥式整流或半桥整流电路，还包括在相位互差接近180°的AC相、BD相、CE相、DA相、EB相电枢绕组输出端分别跨接一个补偿电容的电路结构。

5.权利要求1所述电路结构应用于多相双凸极电机。

6.权利要求1，2，3，4，5所述电路结构用于可控整流电路。

7.权利要求1，2，3，4，5，6用于电励磁双凸极电机、永磁双凸极电机或混合励磁双凸极电机。