CN105743310B - 一种直流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流发电机，包括控制器、换流器和同步电机，所述同步电机包括定子绕组和转子绕组，其特征在于，所述换流器为所述同步电机的定子绕组提供三相交流励磁电流，所述控制器用于控制所述换流器和所述同步电机。本发明的直流发电机将定子作为励磁绕组并使用可控的三相交流电作为励磁电源，转子作为电枢绕组；通过调节交流电的频率、相位和幅值，使得转子在不使用换向器的情况下产生直流电能，具有静止励磁、输出电压稳定、不使用换向器等优点。

Description

一种直流发电机

技术领域

本发明涉及电机及其控制技术，具体地，涉及一种直流发电机。

背景技术

直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电源。

直流发电机由静止部分和转动部分组成。静止部分叫定子，它包括机壳和磁极，磁极当然是用来产生磁场的；转动部分叫转子，也称电枢。电枢铁芯呈圆柱状，由硅钢片叠压而成，表面冲有槽，槽中放置电枢绕组。换向器是直流电机的构造特征，随着线圈转动，两个固定不动的电刷紧压在换向器滑片上，并与外电路相连接。为了减小直流发电机输出的直流电的脉动性，电枢绕组并不是单线圈，而是由许多线圈组成，绕组中的这些线圈均匀地分布在电枢铁芯的槽内，线圈的端点接到换向器的相应的滑片上。换向器实际上由许多弧形导电滑片组成，彼此用云母片相互绝缘。线圈和换向器的滑片数目越多，产生的直流电脉动就越小，这当然也给制造上带来困难。直流发电机产生的感应电动势的大小与定子磁场的磁感应强度和电枢的转速成正比。中小型直流发电机输出的额定电压并不高，为115伏、230伏、460伏。大型的直流发电机输出的额定电压在800伏左右，输出更高电压的直流发电机属于高压特殊机组的范围内，比较少用了。

近年来随着电力电子、永磁电机和磁阻电机、双馈电机的技术发展，在航空领域出现了一种新型电磁式双凸极无刷直流电机，它是在双凸极永磁电机基础上，用电励磁代替原电机的永磁结构，取消了原电机中的功率变换器和转子位置传感器，电机的结构和制造工艺都非常简单，因而可靠性高，成本低。电励磁式双凸极电机可以通过调节励磁线圈电流大小，调节电机磁场强度，控制电机转矩大小，因此电磁式双凸极的控制更为灵活。工作于发电模式时，当负载或转速变化时，可通过控制发电机控制单元(GCU)来调节励磁绕组的电流大小来维持恒定电压输出。其发电运行仅用三相整流桥，不需要位置传感器，因此其发电运行的可靠性高，是一种具有良好发展潜力的直流发电机。

现代电力系统普遍采用电励磁同步电机作为发电机运行，由于同步发电机采用转子励磁绕组，静止直流发电机或整流装置必须通过电刷和滑环给同步发电机提供励磁电流，可靠性较差。现有交流励磁机无刷励磁方式取消了可靠度较差的电刷和滑环，但是由于电枢和整流器安装在转轴上，旋转整流器故障率高，灭磁和调整控制都非常困难。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种直流发电机，使用三相正弦交流电提供励磁电流，通过调节交流电的频率、相位和幅值，使得定子绕组产生旋转磁场，与原动机驱动的转子同步旋转，使得转子在不使用换向器的情况下产生直流电势。

为此目的，本发明提出了

一种直流发电机，包括控制器、换流器和同步电机，所述同步电机包括定子绕组和转子绕组，其特征在于，所述控制器分别与所述换流器和所述同步电机连接，所述换流器与所述同步电机连接，并且所述换流器为所述同步电机的所述定子绕组提供三相交流励磁电流。

其中，所述控制器与所述换流器连接，用于控制所述换流器输出的三相交流励磁电流的幅值、频率和相位。

其中，所述控制器连接到所述换流器的输出回路，用于检测输入到所述定子上的电流。

其中，所述控制器连接到所述同步电机的转子的负载端上，用于检测所述转子的负载端的电压。

其中，所述控制器还连接到所述同步电机的转子，用于检测同步电机的转子的转速和位置。

其中，所述换流器的输入端连接三相交流电源，所述换流器将所述三相交流电源输出的三相交流电流转换成可变幅值、频率、相位的三相交流励磁电流。

其中，所述同步电机还包括原动机，所述原动机与所述同步电机的转子机械连接，用于驱动所述同步电机的转子转动。

其中，所述同步电机的转子上设置有电刷，通过所述电刷将所述同步电机的转子产生的电势输出到所述负载端。

通过上述实施例可知，使用本发明所述的直流发电机具有以下有益效果：

1、本发明的直流发电机，使用三相交流电作为励磁电流，通过调节励磁电流的频率、相位和幅值，形成与转子同步的旋转磁场，转子在旋转磁场的作用下，不需要换向器的作用，在旋转磁场中同步旋转，从而形成直流电势；

2.当转子的输出端连接到负载时，可以通过设定换流器的反馈控制量和控制参数，可以控制输出电能的功率；

3.直流发电机的输出电流可以直接作为励磁电流使用到交流发电机中，从而可以方便的替代现有的交流发电机的无刷励磁系统，取消了现有励磁系统的旋转整流器和副励磁机，提高了励磁系统的可靠性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明的实施例的一种直流发电机的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

图1示出了本发明的实施例的一种直流发电机的结构示意图。

参照图1，本发明的直流发电机10包括控制器3、换流器2和同步电机8。

同步电机8包括定子4、转子5、原动机6以及安装在定子上的励磁绕组(未示出)和安装在转子上的电枢绕组(未示出)，原动机6与转子5机械连接，用于驱动转子5的转动。

在本实施例中，转子5的电势通过电刷滑环(未示出)引出，用于连接直流负载7。

换流器2的输入端连接到三相交流电源，换流器2将三相交流电源1输出的三相交流电转换成频率、幅值和相位可调节的特定三相交流电，并输入到同步电机8的定子绕组，控制器3与换流器2连接，用于调节和控制换流器2，从而可以调节换流器2输出的特定三相交流电的频率、幅值和相位的值。控制器3还连接到换流器2的输出回路上，用于检测换流器2的输出电流，同时控制器还连接到同步电机和直流负载，用于检测原动机的转速和同步电机钻子的位置以及直流负载的大小，从而可以控制换流器调节特定三相交流电的幅值、频率和相位。

三相交流电源经过换流器2后与定子4的励磁绕组电连接，为励磁绕组提供励磁电流。

当发电机开始工作时，启动原动机使得转子达到额定转速后，逐步通入定子的励磁电流，检测输出的负载电流，从而达到负载需要的电流。

使用上述直流发电机10时，启动原动机6驱动转子5转动，当转子5达到额定的转速ω后，换流器2向同步电机8的定子4输入三相正弦交流励磁电流，形成与转子同步的旋转磁场，使得转子5产生直流电势。

在将上述直流发电机连接到负载的时候，通过控制器检测输入定子的励磁电流和转子输出的负载电流，根据负载所需要的电流大小，确定换流器的参数和控制方案，如频率、电流和相位等相关参数，对换流器进行调节。

通过上述实施例可知，使用本发明所述的直流发电机具有以下有益效果：

1、本发明的直流发电机，使用三相交流电作为励磁电流，通过调节励磁电流的频率、相位和幅值，形成与转子同步的旋转磁场，转子在旋转磁场的作用下，不需要换向器的作用，在旋转磁场中同步旋转，从而形成直流电势；

2.当转子的输出端连接到负载时，可以通过设定换流器的反馈控制量和控制参数，可以控制输出电能的功率；

3.直流发电机的输出电流可以直接作为励磁电流使用到交流发电机中，从而可以方便的替代现有的交流发电机的无刷励磁系统，取消了现有励磁系统的旋转整流器和副励磁机，提高了励磁系统的可靠性。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种直流发电机，包括控制器、换流器和同步电机，所述同步电机包括定子绕组和转子绕组，其特征在于，所述控制器分别与所述换流器和所述同步电机连接，所述换流器与所述同步电机连接，并且所述换流器为所述同步电机的所述定子绕组提供三相交流励磁电流，所述同步电机的转子上设置有电刷，通过所述电刷将所述同步电机的转子产生的电势输出到所述同步电机的转子的负载端。

2.根据权利要求1所述的一种直流发电机，其特征在于，所述控制器与所述换流器连接，用于控制所述换流器输出的三相交流励磁电流的幅值、频率和相位。

3.根据权利要求1所述的一种直流发电机，其特征在于，所述控制器连接到所述换流器的输出回路，用于检测输入到所述定子上的电流。

4.根据权利要求1所述的一种直流发电机，其特征在于，所述控制器连接到所述同步电机的转子的负载端上，用于检测所述转子的负载端的电压。

5.根据权利要求1所述的一种直流发电机，其特征在于，所述控制器还连接到所述同步电机的转子，用于检测同步电机的转子的转速和位置。

6.根据权利要求1所述的一种直流发电机，其特征在于，所述换流器的输入端连接三相交流电源，所述换流器将所述三相交流电源输出的三相交流电流转换成可变幅值、频率、相位的三相交流励磁电流。

7.根据权利要求1所述的一种直流发电机，其特征在于，所述同步电机还包括原动机，所述原动机与所述同步电机的转子机械连接，用于驱动所述同步电机的转子转动。