CN108023426A - 一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机 - Google Patents

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Abstract

一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，包括机壳、定子、转子以及整流切换装置，定子和转子安装在机壳内，机壳的一端设有开孔，动力轴经开孔与转子连接，带动其转动；机壳的另一端安装有整流切换装置，定子设有五组独立的绕组，每一个绕组都与整流切换装置连接，整流切换装置与脉冲功率负载输出设备连接。本发明通过设置多个定子绕组，并在多个绕组间进行输电切换的方式对调压器进行替代，解决了当大脉冲功率发生时，发电机的输出电压或频率持续下降，导致系统无法正常运行的问题，具有很好的工作稳定性。此外，发电机还能输出转速或功率信号，用于对发电机的工作状态进行判断，便于发电机的日常监控和维护。

Description

一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机
技术领域
本发明属于电机设备领域，涉及发电机，具体为一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机。
背景技术
随着信息化的发展，越来越多采用电力电子集成器件的新型设备投入使用，其中出现了很多直流脉冲功率负载输出设备。与具有平稳功率特性的常规负载不同，这类设备的平均功率不大，但峰值功率较高，在正常运行时表现为脉冲功率特性。如图9所示，为此类设备提供电能的发电机组，结构组成复杂，在发电机与原动机之间需要设置调速器，而在发电机与脉冲功率负载之间需要设置调压器。当有脉冲功率输出时，发电机的输出电流迅速增大，电磁转矩随之增大，原动机的机械转矩小于负载的电磁转矩，转速降低，在调速器作用下，转速逐渐升至额定值，带来输出频率波动。与此同时，发电机定子电流增大，由于磁饱和与集肤效应，交流电压幅值降低且畸变严重，在调压器作用下，电压逐渐升高至额定值；当无脉冲功率输出时，发电机近似为空载，转速和电压会升高，然后在调速器和调压器的作用下，转速和交流电压降至额定值，由于机械过程滞后，原动机的性能也会受影响。工程实践表明，脉冲功率负载的工作过程相当于反复突加和突减常规负载。若脉冲占空比较小，在无脉冲功率输出时，发电机的调速与调压系统能够将输出电压与频率恢复至额定值，当下一脉冲功率到来时，重复这一调节过程，系统运行于一种近似稳定状态。若脉冲占空比较大，受限于发电机自身调速与调压性能，在下一个脉冲功率发生时，发电机输出的电压或频率来不及恢复至额定值，因此发电机的输出电压或频率持续下降，造成系统无法正常运行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，包括机壳、定子、转子以及整流切换装置，定子和转子安装在机壳内，机壳的一端设有开孔，动力轴经开孔与转子连接，带动其转动；机壳的另一端安装有整流切换装置，定子设有五组独立的绕组，每一个绕组都与整流切换装置连接，整流切换装置与脉冲功率负载输出设备连接。
所述定子的极数为14，槽数为42，其上设置的五组独立的绕组，分别为直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组、直流负低压绕组以及交流低压绕组，其中，交流低压绕组用于输出发电机的转速及频率信号，直流正高压绕组和直流负高压绕组进行高脉冲负载输出，直流正低压绕组和直流负低压绕组进行低电压输出。
所述直流正高压绕组以及直流负高压绕组的漆包线采用每个元件1匝，8根并绕，每相串联共14匝的绕接方式。
所述直流正低压绕组、直流负低压绕组的漆包线采用每个元件1匝，8根并绕，每相串联共7匝的绕接方式。
所述交流低压绕组的漆包线采用每个元件1匝，15根并绕，每相串联共7匝的绕接方式。
整流切换装置接收脉冲负载输出设备的脉冲占空比对直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组以及直流负低压绕组的接通方式进行控制。
当脉冲负载输出设备的脉冲占空比小于设定值时整流切换装置发出低电平信号并切断直流正高压绕组与直流负高压绕组的电连接，同时接通直流正低压绕组与直流负低压绕组的电连接；当负载输出设备的脉冲占空比大于等于设定值时整流切换装置发出高电平信号并切断直流正低压绕组与直流负低压绕组的电连接，同时接通直流正高压绕组与直流负高压绕组的电连接。
所述设定值为12％。
本发明的有益效果在于：经过本发明的实施，通过设置多个定子绕组，并通过在多个绕组间进行输电切换的方式对调压器进行替代，可根据负载的脉冲占空比对绕组的工作状态进行切换，使需要大脉冲负载输出时使用高电压绕组，常规负载时使用低电压绕组进行供电输出，该发明解决了现有发电机受限于调速器与调压器的性能，当大脉冲功率发生时，发电机的输出电压或频率持续下降，从而导致系统无法正常运行的问题，能够满足大脉冲负载用电设备的要求，具有很好的工作稳定性。此外，发电机还能输出转速或功率信号，用于对发电机的工作状态进行判断，便于发电机的日常监控和维护。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的定子中交流低压绕组的接线图；
图3是本发明的定子中直流正高压绕组的接线图；
图4是本发明的定子中直流负高压绕组的接线图；
图5是本发明的定子中直流正低压绕组的接线图；
图6是本发明的定子中直流负低压绕组的接线图；
图7是本发明切换电路的连接示意图；
图8是本发明的绕组电路连接示意图；
图9是使用常规组成结构的脉冲功率负载特性输出设备的发电机系统连接示意图；
图中：1-壳体，2-定子，3-转子，4-整流切换装置。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，包括机壳1、定子2、转子3以及整流切换装置4，定子2和转子3安装在机壳1内，机壳1的一端设有开孔，动力轴经开孔与转子3连接，带动其转动；机壳1的另一端安装有整流切换装置4，定子2设有五组独立的绕组，每一个绕组都与整流切换装置4连接，整流切换装置4与脉冲功率负载输出设备连接。
所使用的发电机额定转速23000r/min，峰值功率≥11kW，波形为矩形波，脉宽≥460ms，占空比≥12％。
所述定子2的极数为14，槽数为42，其上设置的五组独立的绕组，分别为直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组、直流负低压绕组以及交流低压绕组，其中，交流低压绕组用于输出发电机的转速及频率信号，直流正高压绕组和直流负高压绕组进行高脉冲负载输出，直流正低压绕组和直流负低压绕组进行低电压输出。
交流低压绕组如图2进行绕制，所述交流低压绕组的漆包线采用每个元件1匝，15根并绕，每相串联共7匝的绕接方式。
直流正高压绕组如图3进行绕制，直流负高压绕组如图4进行绕制，所述直流正高压绕组以及直流负高压绕组的漆包线采用每个元件1匝，8根并绕，每相串联共14匝的绕接方式。
直流正低压绕组如图5进行绕制，直流负低压绕组如图6进行绕制，所述直流正低压绕组、直流负低压绕组的漆包线采用每个元件1匝，8根并绕，每相串联共7匝的绕接方式。
整流切换装置4接收脉冲负载输出设备的脉冲占空比对直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组以及直流负低压绕组的接通方式进行控制。
整流切换装置4内切换电路按照图7进行连接，直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组以及直流负低压绕组的电路连接如图8所示。
当脉冲负载输出设备的脉冲占空比小于设定值时整流切换装置4发出低电平信号并切断直流正高压绕组与直流负高压绕组的电连接，同时接通直流正低压绕组与直流负低压绕组的电连接；当负载输出设备的脉冲占空比大于等于设定值时整流切换装置4发出高电平信号并切断直流正低压绕组与直流负低压绕组的电连接，同时接通直流正高压绕组与直流负高压绕组的电连接。
所述设定值为12％。
本发明所述的五套绕组在工作时，经过整流切换装置以后输出三种电压——直流高压(+)、直流高压(-)和交流低压，其中直流高压(+)和直流高压(-)各有两套绕组，分别对应低电压和高电压；整流切换装置4根据脉冲负载输出设备的特性输出电平信号(当脉冲负载输出设备的脉冲占空比≥12％时发出高电平信号，当脉冲负载输出设备的脉冲占空比＜12％时发出低电平信号)，同时，发出切换指令，高电平时接通直流正高电压绕组和直流负高电压绕组，低电平时接通直流正低电压绕组和直流负低电压绕组；交流低压绕组则用于输出转速或频率信号。
经过本发明的实施，通过设置多个定子绕组，并通过在多个绕组间进行输电切换的方式对调压器进行替代，可根据负载的脉冲占空比对绕组的工作状态进行切换，使需要大脉冲负载输出时使用高电压绕组，常规负载时使用低电压绕组进行供电输出，该发明解决了现有发电机受限于调速器与调压器的性能，当大脉冲功率发生时，发电机的输出电压或频率持续下降，从而导致系统无法正常运行的问题，能够满足大脉冲负载用电设备的要求，具有很好的工作稳定性。此外，发电机还能输出转速或功率信号，用于对发电机的工作状态进行判断，便于发电机的日常监控和维护。

Claims (8)

1.一种用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：包括机壳(1)、定子(2)、转子(3)以及整流切换装置(4)，定子(2)和转子(3)安装在机壳(1)内，机壳(1)的一端设有开孔，动力轴经开孔与转子(3)连接，带动其转动；机壳(1)的另一端安装有整流切换装置(4)，定子(2)设有五组独立的绕组，每一个绕组都与整流切换装置(4)连接，整流切换装置(4)与脉冲功率负载输出设备连接。
2.如权利要求1所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：所述定子(2)的极数为14，槽数为42，其上设置的五组独立的绕组，分别为直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组、直流负低压绕组以及交流低压绕组，其中，交流低压绕组用于输出发电机的转速及频率信号，直流正高压绕组和直流负高压绕组进行高脉冲负载输出，直流正低压绕组和直流负低压绕组进行低电压输出。
3.如权利要求2所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：所述直流正高压绕组以及直流负高压绕组的漆包线采用每个元件1匝，8根并绕，每相串联共14匝的绕接方式。
4.如权利要求2所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：所述直流正低压绕组、直流负低压绕组的漆包线采用每个元件1匝，8根并绕，每相串联共7匝的绕接方式。
5.如权利要求2所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：所述交流低压绕组的漆包线采用每个元件1匝，15根并绕，每相串联共7匝的绕接方式。
6.如权利要求2所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：整流切换装置(4)接收脉冲负载输出设备的脉冲占空比对直流正高压绕组、直流负高压绕组、直流正低压绕组以及直流负低压绕组的接通方式进行控制。
7.如权利要求6所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：当脉冲负载输出设备的脉冲占空比小于设定值时整流切换装置(4)发出低电平信号并切断直流正高压绕组与直流负高压绕组的电连接，同时接通直流正低压绕组与直流负低压绕组的电连接；当负载输出设备的脉冲占空比大于等于设定值时整流切换装置(4)发出高电平信号并切断直流正低压绕组与直流负低压绕组的电连接，同时接通直流正高压绕组与直流负高压绕组的电连接。
8.如权利要求7所述的用于脉冲功率负载特性输出设备的发电机，其特征在于：所述设定值为12％。
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