CN103915964A - 两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机 - Google Patents

两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机,四相电励磁双凸极发电机的相绕组之间互差90度，其中，a、c两相绕组和b、d两相绕组电压互差180度，将两相绕组分别反向串联，合成为一相，于是能够利用内部相绕组电压矢量和成的方法，将四相合成为两相结构；整流部分采用单相全波整流桥，采用电容器滤波，两相整流系统正向串联叠加，第二套励磁绕组串联在滤波电容和负载之间，从第二套励磁绕组的另一端引出，做为发电机的正极或负极使用，第一套励磁绕组的两端与直流励磁电压源连接；本发明简化绕组相数，利用两相绕组整流串联叠加，从而提高发电机出力，改善发电机的输出性能，减少成本。

Description

两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机
技术领域
 本发明属于特种电机技术领域，尤其涉及一种两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机。
背景技术
电励磁双凸极发电机的定子和转子均为凸极结构，属于变磁阻类电机，电励磁双凸极发电机以励磁绕组取代永磁体，使得发电机的励磁磁场可以调节。转子上无绕组和永磁体，结构非常简单；发电机负载变化时，可通过调节励磁绕组中的励磁电流大小以维持恒定电压输出，控制方便。四相电励磁双凸极发电机与对应同尺寸同定子极数的三相6/4及12/8极双凸极发电机相比，能够提高功率密度、降低绕组铜损。四相电励磁双凸极发电机电枢绕组输出经过四相全波桥整流电路整流后输出直流电压。传统同步无刷直流发电机输出电压为三相正弦波,上下桥依次每隔60°换相一次,换相间隔均匀,三相电势对称,电机上、下桥换相时参与换相的两相电压差相等。因此上、下桥换相具有对称性,换相压降和换相重叠角相等。与传统同步发电机相电势波形不同,一周期内发电机相电势波形由负压区、正压区和过零区组成。图1为电励磁双凸极发电机一相电势波形。因而会出现电励磁双凸极发电机下桥换相之后很快出现上桥换相。如图2所示。由于电励磁双凸极发电机电势波形的特殊性,与相电势为正弦电压的同步发电机不同,一方面相电压波形中本身谐波电压含量较高，采用传统正弦线电压的整流模式，会损失掉相电压中的许多谐波，减小出力；另一方面，非正弦波形在接负载工作时,由于电枢电感的存在,相电流不能突变,存在复杂的换相重叠过程,这也是影响发电机外特性的重要因素之一。为了减小上述不利因素，增加四相电励磁双凸极发电机的出力，提出了两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机，作为本发明的初衷。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提出了一种具有两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机。两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机包括四相电励磁双凸极发电机、二极管和电容，其中电励磁双凸极发电机的基本结构为：定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成，定子上除装有集中电枢绕组外，还有励磁绕组，空间相对的定子齿上的绕组串联构成一相，转子上无绕组。其特征在于：四相电励磁双凸极发电机的相绕组之间互差90度。如图6所示。其中，a、c两相绕组和b、d两相绕组电压互差180度，将两相绕组分别反向串联，合成为一相，于是能够利用内部相绕组电压矢量和成的方法，将四相合成为两相结构。如图7所示。整流部分采用单相全波整流桥，采用电容器滤波，两相整流系统正向串联叠加。第二套励磁绕组串联在滤波电容和负载之间，从第二套励磁绕组的另一端引出，做为发电机的正极或负极使用，第一套励磁绕组的两端与直流励磁电压源连接。
本发明的发电机，将两合成相分别进行单相全波整流滤波后，正向串联叠加，对外输出，通过第二套励磁绕组的滤波，减小外加配套设备。如图5所示。
    本发明的发电机，由于采用两相单独整流后叠加，减少换相重叠，由于两相互差90度，叠加后能减小2倍频率的纹波，利用第二套励磁绕组的电感，减小电压纹波，提高发电机输出电性能的品质。
    本发明的发电机与现有技术相比，是从电励磁双凸极发电机的基本电磁特性和整流特性相结合出发，利用绕组间相位关系进行合成，简化绕组相数，利用第二套励磁绕组提高输出电压品质，利用两相绕组整流串联叠加，从而提高发电机出力，改善发电机的输出性能，减少成本，拓展了使用范围。
附图说明
图1 是相电势波形图；
图2 是电励磁双凸极发电机三相换相图；
图3是传统4相整流示意图；
图4 是8/6极发电机结构图；
图5是本发明两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机电气示意图；
图6 是四相绕组向量图；
图7 是绕组反向串联接线图。
图中，ea eb ec为三相a、b、c的电势波形，a、x为a相接线端，b、y为b相接线端，c、z为c相接线端，d、w为对d相接线端，D1～D8为整流二极管，C为滤波电容，Z为负载，1为定子，2为转子，3为电枢主绕组，4为励磁绕组，5为转子轴，D20为A相单相全波整流桥，D21为B相单相全波整流桥，Lf1 为第一套励磁绕组，Lf2为第二套励磁绕组，C1为A相滤波电容、C2为B相滤波电容，U0为输出直流电压， Uf为励磁电压，●为主绕组的同名端，※为两套励磁绕组的同名端，
具体实施方式
    由于不同定转子极数形式电励磁双凸极发电机的结构与8/6结构电励磁双凸极发电机相似，下面以8/6结构四相电励磁双凸极发电机来说明具体的实施方式。本发明的发电机，涉及的4相8/6结构电励磁双凸极发电机如图4所示。传统4相发电机整流结构如图3所示。
   参照附图，该两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机包括四相电励磁双凸极发电机、二极管和电容，其中电励磁双凸极发电机的基本结构为：定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成，定子上除装有集中电枢绕组外，还有励磁绕组，空间相对的定子齿上的绕组串联构成一相，转子上无绕组。其特征在于：四相电励磁双凸极发电机的相绕组之间互差90度。如图6所示。其中，a、c两相绕组和b、d两相绕组电压互差180度，将两相绕组分别反向串联，合成为一相，于是能够利用内部相绕组电压矢量和成的方法，将四相合成为两相结构。如图7所示。整流部分采用单相全波整流桥，采用电容器滤波，两相整流系统正向串联叠加。第二套励磁绕组串联在滤波电容和负载之间，从第二套励磁绕组的另一端引出，做为发电机的正极或负极使用，第一套励磁绕组的两端与直流励磁电压源连接。具体实施为：a、c两相绕组合成为A相绕组，b、d两相绕组合成为B相绕组，如图7所示。A相绕组和B相绕组分别接单相全波整流桥D20、D21和滤波电容C1 、C2，再将两套整流系统进行串联，C1的负极接 C2的正极，将第二套励磁绕组Lf2串联在母线中，一端与C1的正端相接，另一端引出作为发电机的正极，从C2的负端引出导线做发电机的负极。发电机的正极和负极分别接负载Z的正极和负极，对负载Z供电。如图5所示。空载时，调节励磁电流if1的大小，即可调节发电机的输出电压U0，从而保持输出电压U0恒定。
    本发明的发电机，为四相结构的绕组，相绕组之间互差90度。如图6所示。其中，a、c两相绕组和b、d两相绕组电压互差180度，将两相绕组分别反向串联，合成为一相，于是能够利用内部相绕组电压矢量和成的方法，将四相合成为两相结构。如图7所示。
本发明的发电机，将两合成相分别进行单相全波整流滤波后，正向串联叠加，对外输出，通过第二套励磁绕组的滤波，减小外加配套设备。如图5所示。
    本发明的发电机，由于采用两相单独整流后叠加，减少换相重叠，由于两相互差90度，叠加后能减小2倍频率的纹波，利用第二套励磁绕组的电感，减小电压纹波，提高发电机输出电性能的品质。
本发明的发电机，涉及的双励磁绕组的连接是，第一套励磁绕组Lf1直接与励磁源连接，第二套励磁绕组Lf2串联在直流母线中，如图4所示。空载时，直接调节第一套励磁绕组Lf1的电流大小来维持输出电压的稳定，负载时，第二套励磁绕组Lf2中流过电流，形成自励磁势，与第一套励磁绕组的磁势共同完成励磁作用，并使需要控制器完成的磁势幅值减小。由于励磁绕组存在电感，与滤波电容搭配能够减小母线直流电压纹波，而无须额外配备母线滤波电感。

Claims (2)

1. 一种两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机,包括四相电励磁双凸极发电机、二极管和电容，其中电励磁双凸极发电机的基本结构为：定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成，定子上除装有集中电枢绕组外，还有励磁绕组，空间相对的定子齿上的绕组串联构成一相，转子上无绕组；其特征在于：四相电励磁双凸极发电机的相绕组之间互差90度，其中，a、c两相绕组和b、d两相绕组电压互差180度，将两相绕组分别反向串联，合成为一相，于是能够利用内部相绕组电压矢量和成的方法，将四相合成为两相结构；整流部分采用单相全波整流桥，采用电容器滤波，两相整流系统正向串联叠加，第二套励磁绕组串联在滤波电容和负载之间，从第二套励磁绕组的另一端引出，做为发电机的正极或负极使用，第一套励磁绕组的两端与直流励磁电压源连接。
2.按照权利要求1所述的两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机,其特征在于：a、c两相绕组合成为A相绕组，b、d两相绕组合成为B相绕组， A相绕组和B相绕组分别接单相全波整流桥D20、D21和滤波电容C1 、C2，再将两套整流系统进行串联，C1的负极接 C2的正极，将第二套励磁绕组Lf2串联在母线中，一端与C1的正端相接，另一端引出作为发电机的正极，从C2的负端引出导线做发电机的负极,发电机的正极和负极分别接负载Z的正极和负极，对负载Z供电，空载时，调节励磁电流if1的大小，即可调节发电机的输出电压U0，从而保持输出电压U0恒定。
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