CN102412686A - 无刷双轴励磁三相同步发电机 - Google Patents

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Abstract

一种无刷双轴励磁三相同步发电机，稳定工作时，d轴和q轴串极绕组中的直流电流大小相同，其磁通φd=φq，负载突变时，d轴和q轴串极绕组中的直流电流大小不相同，其磁通φd≠φq，则φd和φq合成的磁场大小和轴线位置发生了变化，以抑制负载突变带来的工作不稳定或振荡，提高了负载频繁突变时仍能工作的可靠性，特别适应用船用动力向电推化方向发展趋势的需要，但实施容易，工艺传统，具有实际推广意义。

Description

无刷双轴励磁三相同步发电机
技术领域
 本发明涉及一种发电机，尤其是一种无刷双轴励磁三相同步发电机。
背景技术
目前的无刷三相同步发电机，励磁磁场相对发电机转子是不动的，气隙旋转磁场和转子以同步速度旋转。当负荷突变、或故障发生时，功率角发生变动，转子发生振荡。转子的振荡引起发电机电压、电流、功率的波动。为了提高同步发电机运行的稳定性，虽有多种措施，但在频繁脉冲负载以及船舶电推系统等等中用的无刷同步发电机的运行稳定性尚不理想，仍需要进一步提高。
发明内容
本发明的目的就是提供一种无刷双轴励磁三相同步发电机，具有运行时高稳定性的无刷同步发电机。
本发明是这样来实现的：
双轴励磁系统的结构和原理如下：
（1）双轴励磁的转子
普通的4极同步发电机转子有4个极，双轴励磁发电机转子是将普通的4个极的每个极都做成2个串极，2个串极分别叫d轴串极和q轴串极。
如图1，4极电机转子做成8个串极，其中d1,d2,d3,d4为d轴串极，q1,q2,q3,q4为q轴串极；d1,q1成对构成一个合成N极，d2,q2构成一个合成S极，d3,q3构成一个N极，d4,q4构成一个S极，这样N,S,N,S共四极工作，每个合成极都是由两个互相为90。电角度的串极构成。当d轴串极，q轴串极磁场绕组分别用两个独立直流电源相接时，沿着两个轴向的励磁产生合成的4极N,S,N,S磁场。当每串极磁通φd=φq时，由于在这种电机中d轴串极和q轴串极磁阻是一样的，所以每极合成磁通为                                               
Figure 2011104445246100002DEST_PATH_IMAGE002
，正常工作时，也即φd=φq时，不论转子在何位置，合成磁通大小不变，位置不变；
（2）当同步电机的转子相对定子磁场发生不希望的相对运动时，可使上述磁通φd与φq不相等，即改变φd和φq的比例，则合成磁通的位置和大小都变化，相当于造成了一个相对转子运动的磁场，阻止转子运动，抑制振荡。
（3）上述d轴串极，q轴串极磁场绕组分别同两个独立直流电电源相接，这两个独立电源是由1个交流励磁机提供的，这个交流励磁机的定子有二种极数的励磁绕组，相对应，交流励磁机的转子中也有二种极数的三相交流绕组，其中一套三相绕组经过旋转整流器整流后给d轴串极绕组供电，另一套三相绕组经过旋转整流器整流后给q轴串极绕组供电。当正常运行时，控制串极φd=φq，负荷突变时，φd≠φq，并改变φd和φq的比例，相当于移动了合成磁场的位置，因此使运行非常稳定。
附图说明
图1为本发明四极电机隐极双轴励磁绕组布置图。
图2为本发明无刷双轴励磁三相同步发电机电系原理图。
具体实施方式
一种无刷双轴励磁三相同步发电机，主发电机4极，1500r/min，频率50Hz，电压400V，3相，功率因数滞后0.8，定子铁芯72槽，转子铁芯64槽，交流励磁机定子铁芯12槽，其中布置6极和12极两套直流励磁绕组，励磁机两个定子绕组励磁源是由主发电机中的两个单相交流辅助绕组经整流后提供的，这两个辅助绕组是一种三次谐波绕组，是12极的，两者互差90电角度。转子铁芯36槽，其中布置6极和12极两套三相交流绕组。结构型式与常规无刷三相同步发电机相同，即主发电机与交流励磁机同轴构成，交流励磁机转子的两套绕组分别通过旋转整流器与主发电机转子绕组的d极串极绕组即a1-a10-a2-a20和q极串极绕组即b1-b10-b2-b20相连，以实现无刷励磁方式，其与常规无刷三相同步发电机不同点在于一是主发电机隐极转子4极结构分成由8个串极构成，二是交流励磁机定子铁芯12槽，交流励磁机转子铁芯36槽，设计成6极和12极，是共铁芯的单枢双套绕组三相交流励磁机。
图2中 1为发电机定子电枢绕组，极数为4极；
       2为发电机定子辅助绕组，极数为12极；
       3为发电机定子辅助绕组，极数为12极；
1、2、3按常规设计方法，都布置在发电机定子槽中；
       4为交流励磁机定子励磁绕组，极数为6极，槽数12个；
       5为交流励磁机定子励磁绕组，极数为12极，槽数12个；
       6为交流励磁机三相绕组，极数为6极，槽数36槽；
       7为交流励磁机三相绕组，极数为12极，槽数36槽；
       8为发电机q轴串极励磁绕组，包括q1,q2,q3,q4，由图中的b1-b10-b2-b20绕组构成；
       9为发电机d轴串极励磁绕组，包括d1,d2,d3,d4，由图中的a1-a10-a2-a20绕组构成；
       4、5绕组共同布置在交流励磁机的定子铁芯的12个槽中，方法是常规方法；
       6、7共同布置在交流励磁机的转子铁芯36槽中，方法是按常规的方法；
       8、9布置在发电机的转子铁芯64个槽中，布置方法特殊，如图1；
       Z1、Z2为单相桥式整流器；
       Z3、Z4为三相桥式整流器；
Z5、Z6为半导体二极管；
       R1、R2为发电机转子励磁绕组保护电阻；
       AVRd为d轴串极励磁调节器，AVRq为q轴串极励磁调节器。
为了更清楚起见，对图1绕组的布置图作以下说明，主发电机的转子铁芯64槽，64个槽大小相同，均布，将64槽分成8等分槽数，下成8组同心式绕组，即1-8、9-16、17-24、25-32、33-40、41-48、49-56、57-64共8组，每组占8个槽，每个槽中导体数相同，第1组的4个同心线圈跨距从大到小依次为1-8、2-7、3-6、4-5，其余7组结构完全同第1组，不必赘述。每组4个线圈组成一个串极，一共有8个串极。图1从左至右顺序为d1,q1;d2,q2;d3,q3;d4,q4八个串极，d1,d2,d3,d4叫d轴串极，q1,q2,q3,q4叫q轴串极，d1、q1合成为一个N极，d2、q2合成为一个S极，d3、q3合成为一个N极，d4、q4合成为一个S极，整个主发电机的转子实际上是N,S,N,S四极电机。如图1所示，d轴串极绕组是由a1-a10-a2-a20绕组串联的，q轴串极绕组是由b1-b10-b2-b20绕组串联的，稳定工作时d轴串极与q轴串极中的直流电流相同，形成的磁通φd=φq，而当发电机负载突变时，会自动调节d轴串极与q轴串极中的电流不相同，形成的磁通φd≠φq，实现φd和φq合成磁场的大小和轴线位置变化，以抑制突变带来的不稳定，使发电机能稳定工作，提高了负载频繁突变时仍能稳定工作的可靠性。
由于这种无刷双轴励磁三相同步发电机与常规无刷三相同步发电机的主要区别在于两点：一是主发电机转子隐极绕组串极原理和结构；二是双励磁电源的单枢交流励磁机；而其它设计方法和结构方法都属于常规设计手段，容易实施和推广。
    按照本具体实施就可达到本发明的目的，这种新型无刷发电机特别适应于船用动力电推化发展趋势的需要，具有推广的意义。

Claims (1)

1.一种无刷双轴励磁三相同步发电机，其特征是主发电机4极，转速为1500r/min，频率为50Hz,电压400V,3相，功率因数0.8滞后，定子铁芯72槽，电枢绕组常规设计，转子铁芯64槽，交流励磁机定子铁芯12槽，其中6极和12极直流励磁绕组两套绕组共定子铁芯，励磁机两个定子绕组励磁电源由主发电机中的两个单相辅助绕组经整流后提供，这两个辅助绕组是12极的，是一种三次谐波绕组，两者互差90度电角度；交流励磁机转子铁芯36槽，6极和12极两套三相交流绕组共转子铁芯，主发电机与交流励磁机同轴，交流励磁二套转子绕组分别通过旋转整流器与主发电机转子绕组的d极串极绕组a1-a10-a2-a20和q极串极绕组b1-b10-b2-b20相连，形成无刷励磁方式，其与常规4极无刷三相同步发电机不同点在于：一是主发电机隐极转子4极结构分成由8个串极构成，也即每极分成2个串极，2个串极互差90度电角度，因此其转子绕组为串极绕组特殊结构，调节两个串极绕组中的电励磁，即可改变主发电机转子其合成4极磁场的大小和位置；二是交流励磁机是一种6极和12极共铁芯的单枢双套绕组三相交流励磁机，交流励磁机定、转子各套绕组按常规方法设计，主发电机定子电枢绕组和辅助绕组也按常规方法设计；
主发电机的转子铁芯64槽，64个槽大小相同，均布，64槽分成8等分槽数，下成8组同心式串极绕组，即1-8、9-16、17-24、25-32、33-40、41-48、49-56、57-64等8组，每组占8个槽，每个槽中导体数相同，第1组的4个同心线圈跨距从大到小依次为1-8、2-7、3-6、4-5，其余7组结构完全同第一组，每组4个线圈组成一个串极，一共有8个串极，d1,d2,d3,d4叫d轴串极，q1,q2,q3,q4叫q轴串极，d轴串极与q轴串极电角度互差90°，d1、q1成对构成一个合成极即N极，d2、q2成对构成一个合成极，即S极，同理，d3、q3构成一个N极，d4、q4构成一个S极，这样N,S,N,S共4极工作，仍是4极发电机；d轴串极绕组通过一个旋转整流器与交流励磁机转子6极三相交流绕组相连，q轴串极绕组通过另一个旋转整流器与交流励磁机转子12极三相交流绕组相连，d轴串极绕组和q轴串极绕组中的励磁电流是可控的，是由交流励磁机定子6极励磁绕组和12极励磁绕组中串联的AVRd和AVRq分别控制调节的，稳定工作时，d轴串极绕组和q轴串极绕组中的电流相同，形成的磁通φd=φq，而当发电机负载突变时，d轴串极绕组和q轴串极绕组中的电流不相同，形成的磁通φd≠φq，实现φd和φq合成磁场大小和磁场轴线位置变化，以抑制突变带来的不稳定，使发电机能稳定工作，提高了负载频繁突变时仍能稳定工作的可靠性，特别适应用船用动力向电推化方向发展趋势的需要。
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