CN103915967B - 电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机 - Google Patents
电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机，其特征在于：主绕组采用三相星形接法，三相四线制输出，补偿电容采用三角形接法，将各相电枢绕组的出线端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，这样连接的三相输出线与D1～D6二极管组成的全波整流桥相接，其中，下桥臂D4、D5、D6的正极与kc1的一端相接，中线n与kc0的一端相接，将kc1的另一端和kc0的另一端连接在一起，引出线与电容C0的负极相接，并从C0引出线作为发电机的负极；上桥臂D1、D2、D3负极连接在一起，与第二套励磁绕组Lf2的一端相接，Lf2的另一端与电容C0的正极相接，并引出线作为发电机的正极，发电机的正极和负极分别接负载Z的正极和负极，对负载供电。
Description
技术领域
本发明属于双凸极发电机技术领域,尤其涉及一种电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机。
背景技术
电励磁双凸极发电机，属于变磁阻类电机。其定子和转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，转子上没有绕组，结构简单。电励磁双凸极发电机以电励磁绕组取代永磁体，使得电机的励磁磁场可以调节。运行时，不需要转子位置传感器，调节励磁绕组电流可调节输出电压。采用多极结构和双定子结构，可以进一步提高电机的功率密度和效率，有大的应用前景。
在汽车发动机或风力等为驱动动力的场合下，原动力转速变化范围宽，且速度变化随机，在这种场合下，配套的发电机的额定转速与传统同步发电机单一规定的额定转速不同。为扩展适应范围，尤其是低转速时的输出，常采用增加励磁容量的办法。结果使得励磁绕组的匝数增加，或者励磁控制器容量增加，而在发电机速度提高后增加了控制器调节的难度。因此，从电励磁双凸极发电机的基本电磁关系和电容电感的基本特性出发，提出具有励磁控制器容量小，电机输出外特性好的电容补偿全半桥转换双励磁绕组的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，提出了一种电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机。本发明发电机的电容补偿结构，主要是针对低速条件进行设置。是将补偿电容与电励磁双凸极发电机的输出相连接，根据转速和输出功率配置低速时的电容容量，使得低速时电容上流过较大的容性电流，依此来补偿电枢绕组中的感性电流，同时改善功率因数，从而提高电励磁双凸极发电机低速时的出力。本发明由电励磁双凸极发电机、二极管、电容和控制器组成。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。相绕组电势的正方向与励磁磁通正方向符合正右手螺旋关系，相绕组电势的正方向指向绕组的正端；其特征在于：主绕组采用三相星形接法，三相四线制输出，补偿电容采用三角形接法，将各相电枢绕组的出线端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，这样连接的三相输出线与D1～D6二极管组成的全波整流桥相接，其中，下桥臂D4、D5、D6的正极与kc1的一端相接，中线n与kc0的一端相接，将kc1的另一端和kc0的另一端连接在一起，引出线与电容C0的负极相接，并从C0引出线作为发电机的负极；上桥臂D1、D2、D3负极连接在一起，与第二套励磁绕组Lf2的一端相接，Lf2的另一端与电容C0的正极相接，并引出线作为发电机的正极，发电机的正极和负极分别接负载Z。其中，切换通过转换控制器控制逻辑的选择完成对下半桥的切断，并将中线连接上，经过执行机构kc1完成半桥的连接，经过kc0完成中线的连接。
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，采用复合式的强励方法，稳定输出，并能提高输出电性能的品质。
附图说明
图1是本发明的电气原理图；
图2是传统三相整流电气原理图；
图3是6/4结构电励磁双凸极发电机截面图。
图中,1、励磁绕组，2、定子铁心，3、相绕组，4、转子铁心，5、转子连接轴，6、转换控制器，if1+代表第一套励磁绕组的正端，if1-代表第一套励磁绕组的负端，if2+代表第二套励磁绕组的正端，if2-代表第二套励磁绕组的负端，A+代表A相绕组的正端，A-代表A相绕组的负端，B+代表B相绕组的正端，B-代表B相绕组的负端，C+代表C相绕组的正端，C-代表C相绕组的负端，a、b、c表示三相，n代表中线，C0代表滤波电容，C1、C2、C3代表角形接法的补偿电容，D1～D6为全波整流二极管，kc1、kc0代表转换控制器的执行机构，※表示三相绕组的同名端，●表示双励磁绕组的同名端，Z为负载，Lf1为第一套励磁绕组，Lf2为第二套励磁绕组，Uf为励磁源，Uo为直流输出电压
具体实施方式
由于不同相数不同结构形式电励磁双凸极发电机结构与3相6/4结构电励磁双凸极发电机相似，下面以3相6/4结构电励磁双凸极电机说明具体的实施方式。由图1可知，电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机由电励磁双凸极发电机、二极管、电容和控制器组成，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，相绕组电势的正方向与励磁磁通正方向符合正右手螺旋关系，相绕组电势的正方向指向绕组的正端；主绕组采用三相星形接法，三相四线制输出，补偿电容采用三角形接法，将各相电枢绕组的出线端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。这样连接的三相输出线与D1～D6二极管组成的全波整流桥相接，其中，下桥臂D4、D5、D6的正极与kc1的一端相接，中线n与kc0的一端相接，将kc1的另一端和kc0的另一端连接在一起，引出线与电容C0的负极相接，并从C0引出线作为发电机的负极；上桥臂D1、D2、D3负极连接在一起，与第二套励磁绕组Lf2的一端相接，Lf2的另一端与电容C0的正极相接，并引出线作为发电机的正极，发电机的正极和负极分别接负载Z的正极和负极，对负载供电。其中，切换通过转换控制器6控制逻辑的选择完成对下半桥的切断，并将中线连接上，经过执行机构kc1完成半桥的连接，经过kc0完成中线的连接。
本发明的半波增磁实现的原理是：电励磁双凸极发电机的相绕组磁链与转子位置有关，当转子极滑入定子极时，空载磁链增加，绕组感应出负的电势，若此阶段发电机向负载供电，由楞次定律可知，负载电流产生的磁链阻止空载磁链增加，为去磁电枢反应，导致电势降低；当转子极滑出定子极时，空载磁链减小，绕组感应出正的电势。若此阶段发电机向负载供电，由楞次定律可知，负载电流产生的磁链阻止空载磁链的减小，为增磁电枢反应，导致电势升高。在转子极滑出定子极的阶段对负载供电，利用增磁电枢反应来抵消或削弱相绕组电感和整流器二极管换相等因素引起的电压损失，从而降低了发电机的电压调整率和励磁损耗。如图3所示。
本发明的半波全波转换实现的原理是：通过控制器控制逻辑的选择完成对下半桥的切断，并将中线连接上，经过执行机构kc1完成半桥的隔离，经过kc0完成中线的连接，即低速时，kc0闭合而kc1断开；高速时，kc0断开而kc1闭合。本发明的发电机，双绕组复励的原理是：第一套励磁绕组的励磁电流取决于励磁控制器，控制其电流的大小，起到初始建压的作用，当发电机为外接电气负载供电时，第二套励磁绕组中通过负载电流，第一套励磁绕组励磁电流产生的励磁磁势与第二套励磁绕组中励磁电流产生的励磁磁势共同作用，为发电机提供工作磁场，可显著降低发电机的电压调整率，提升发电机的输出功率。第二套励磁绕组有输出滤波作用，有利于提高发电机的输出电压或输出电流品质。正常运行时，在电压建立初始瞬间，由外部电源提供初始励磁，当电压建立后，由自己提供励磁电压，通过调节励磁电压来调节励磁电流。这可以在较大范围内控制励磁电流的大小，从而达到调节控制发电机励磁强度的大小。励磁电压高，励磁电流就大，发电输出功率也就大。低速大功率运行时，需要强化励磁，采用复合式的强励方法，即第一套励磁绕组加大励磁电流的基础上，第二套励磁绕组获得负载电流的串励效应，系统控制器通过调节整流模式获得电枢反应的增磁效应及电容补偿的方法联合获得励磁磁势的增加，稳定输出电压；高速时，切换为全波整流，电枢反应为去磁效应，发电机的感抗增加，但由于转速高，调节第一套励磁绕组即可完成输出电压的稳定。原理见图1。
Claims (1)
1.一种电容补偿全半桥转换双励磁绕组的电励磁双凸极发电机，由电励磁双凸极发电机、二极管、电容和控制器组成，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，相绕组电势的正方向与励磁磁通正方向符合正右手螺旋关系，相绕组电势的正方向指向绕组的正端，其特征在于：主绕组采用三相星形接法，三相四线制输出，补偿电容采用角形接法，将各相电枢绕组的出线端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，这样连接的三相输出线与D1～D6二极管组成的全波整流桥相接，其中，下桥臂D4、D5、D6的正极与第二执行机构kcl的一端相接，中线n与第一执行机构kc0的一端相接，将第二执行机构kcl的另一端和第一执行机构kc0的另一端连接在一起，引出线与电容C0的负极相接，并从C0引出线作为发电机的负极；上桥臂D1、D2、D3负极连接在一起，与第二套励磁绕组Lf2的一端相接，Lf2的另一端与电容C0的正极相接，并引出线作为发电机的正极，发电机的正极和负极分别接负载Z的正极和负极，对负载供电；其中，切换通过转换控制器（6）控制逻辑的选择完成对下半桥的切断，并将中线连接上，经过第二执行机构kcl完成半桥的连接，经过第一执行机构kc0完成中线的连接。
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