CN108183643B - 一种发电电焊机的混合励磁系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电电焊机的混合励磁系统及其方法，其中系统包括电机转子与电机定子，电机转子上绕制有励磁绕组，电机定子上从里至外依次绕制有共轴心线的焊接输出绕组、用户电源绕组、谐波绕组以及基波绕组，谐波绕组与基波绕组串联，谐波绕组的匝数为基波绕组的匝数的3倍；基波绕组与谐波绕组串联后的输出端上电连接有电压调节器以及励磁绕组，电压调节器并联在输出端上，电压调节器上电连接有励磁绕组，焊接输出绕组上电连接有电流互感器；电机转子上还设置有初始励磁装置；电机转子转动后，发电机持续发电，其输出具有易起弧、不断弧、飞溅小以及成型好的优点。

Description

一种发电电焊机的混合励磁系统及其方法

技术领域

本发明涉及发电电焊机的励磁技术领域，更具体地说，它涉及一种发电电焊机的混合励磁系统及其方法。

背景技术

发电电焊机是一种以汽油机或柴油机为动力旋转发电，通过整流模块提供电焊用直流电，又叫发电电焊两用机，主要作为电焊机用，同时也可以作为发电机提供电源。

发电电焊机使用的发电机为同步发电机，它的励磁形式包括电励磁和永磁两种。现有技术中的发电电焊机一般采用电励磁，该励磁系统由于励磁绕组和电枢绕组分开，易于实现高性能。

但是，同步发电机常规的励磁方式为无刷励磁，增加输入电抗，以增强其下降特性，其缺点是成本高，体积笨重，小电流时空载电压低，不易起弧。

发明内容

本发明技术方案所解决的技术问题为，同步发电机常规的励磁方式为无刷励磁，增加输入电抗，以增强其下降特性，其缺点是成本高，体积笨重，小电流时空载电压低，不易起弧。

为实现上述目的，本发明技术方案提供了一种发电电焊机的混合励磁系统，包括电机转子与电机定子，所述电机转子上绕制有励磁绕组，所述电机定子上从里至外依次绕制有共轴心线的焊接输出绕组、用户电源绕组、谐波绕组以及基波绕组，所述谐波绕组与所述基波绕组串联，所述谐波绕组的匝数为所述基波绕组的匝数的3倍；

所述基波绕组与所述谐波绕组串联后的输出端上电连接有用于调节励磁电压的电压调节器，所述电压调节器并联在所述输出端上，所述电压调节器上电连接有所述励磁绕组，所述焊接输出绕组上电连接有用于感应焊接输出电流的电流互感器；

所述电机转子上还设置有初始励磁装置。

通过上述技术方案，电机转子转动后，初始励磁装置上的固定磁场切割定子上的绕组，定子上的绕组发电的同时具有基波与谐波，基波绕组与谐波绕组能够吸收定子绕组内的基波与谐波，产生励磁电流并通过电压调节器将其整流后通过导电电刷送给励磁绕组从而产生更强的固定磁场，使发电机持续发电，基波绕组能提供较大的励磁电流，而谐波绕组能提高励磁电流的柔和度以及平缓度；当基波绕组与励磁绕组叠加绕制后能够对基波绕组内的谐波也有抑制与吸收作用，使基波绕组提供的励磁电流更平滑，降低励磁电流的毛刺波动程度，提高励磁电流的利用率，抑制励磁电流内的谐波还能利于降低励磁绕组的发热量，使固定磁场更稳定，电流互感器则测量焊接输出组的输出电流，对焊接输出进行监控。

进一步的，所述初始励磁装置为固定连接在所述电机转子上的永磁体。

通过上述技术方案，使用永磁体能够对发电机提供初始激励，避免发电机无法启动发电。

进一步的，所述励磁绕组的端部电连接有固定连接在所述电机转子上的导电电刷。

通过上述技术方案，导电电刷能够将电机定子上产生的励磁电流传递给电机转子上的励磁绕组而不变向，使电机转子能输出固定磁场。

进一步的，所述谐波绕组为三次谐波线圈。

通过上述技术方案，三次谐波线圈可以消除三次谐波，利用它来产生励磁电流，同时三次谐波有较好的复励特性，特别适用于单机运行的发电机励磁。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种发电电焊机的混合励磁方法，包括如下步骤：

在电机定子上绕制焊接输出绕组，在电机转子上绕制励磁绕组，在所述焊接输出绕组外绕接用户电源绕组；

确定基波绕组与谐波绕组的匝数；

所述用户电源绕组外绕接所述谐波绕组，在所述谐波绕组外绕接所述基波绕组，将所述谐波绕组的一端与所述基波绕组的一端电连接，所述谐波绕组与所述基波绕组未电连接的端部作为输出端，其中，所述谐波绕组的匝数为所述基波绕组的匝数的3倍；

将所述输出端与所述励磁绕组通过导电电刷进行电连接。

通过上述技术方案，基波绕组能提供较大的励磁电流，而谐波绕组能提高励磁电流的柔和度以及平缓度；当基波绕组与励磁绕组叠加绕制后能够对基波绕组内的谐波也有抑制与吸收作用，使基波绕组提供的励磁电流更平滑，降低励磁电流的毛刺程度，提高励磁电流的利用率，使固定磁场更稳定。

进一步的，所述确定基波绕组与谐波绕组的匝数，还包括：

若所述焊接输出绕组输出的电流大于设定电流值后最长持续时间小于设定时间，增加所述谐波绕组匝数在所述谐波绕组与所述基波绕组总匝数中的占比。

通过上述技术方案，通过增加谐波绕组的匝数占总匝数的占有比，可改变焊接的柔和性，使焊接特性变软。

进一步的，所述确定基波绕组与谐波绕组的匝数，还包括：

若所述焊接输出绕组输出的最大电流小于设定电流值，增加所述基波绕组匝数在所述谐波绕组与所述基波绕组总匝数中的占比。

通过上述技术方案，通过增加基波绕组的匝数占总匝数的占有比，可增强焊接输出绕组输出的电流。

进一步的，所述谐波绕组为三次谐波线圈。

本发明技术方案的有益效果包括：当电机转子转动后，初始励磁装置上的固定磁场切割定子绕组，定子绕组发电的同时具有基波与谐波，基波绕组与谐波绕组能够吸收定子绕组内的基波与三次谐波，产生励磁电流并将其整流后通过导电电刷送给励磁绕组从而产生更强的固定磁场，使发电机持续发电，基波绕组能提供较大的励磁电流，而谐波绕组能提高励磁电流的柔和度以及平缓度；当基波绕组与励磁绕组叠加绕制后能够对基波绕组内的谐波也有抑制与吸收作用，使基波绕组提供的励磁电流更平滑，降低励磁电流的毛刺程度，提高励磁电流的利用率，使固定磁场更稳定。

附图说明

图1为本发明实施例一的系统结构图；

图2为本发明实施例一用户电源绕组的绕组布线图；

图3为本发明实施例一焊接输出绕组的绕组布线图；

图4为本发明实施例一谐波绕组与基波绕组的绕组布线图；

图5为本发明实施例二的方法框图；

图6为本发明实施例二S2的方法框图。

附图标记：100、励磁绕组；200、焊接输出绕组；300、用户电源绕组；400、谐波绕组；500、基波绕组；600、电流互感器；700、输出端；800、电压调节器；900、整流器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种发电电焊机的混合励磁系统，如图1所示，包括绕制有励磁绕组100的电机转子与电机定子，电机定子上从里至外依次绕制有共轴心线的焊接输出绕组200、用户电源绕组300、谐波绕组400以及基波绕组500，如图1所示，焊接输出绕组200用于提供焊接电源，焊接输出绕组200上电连接有用于感应焊接输出电流的电流互感器600以及用于整流的整流器900，如图1所示，用户电源绕组300用于提供用户电源，谐波绕组400与基波绕组500用于提供向励磁绕组100提供励磁电流。

如图1与图4所示，谐波绕组400为三次谐波线圈，且谐波绕组400的匝数为基波绕组500的匝数的3倍，绕制线圈时，基波绕组500绕制在谐波绕组400的外层。三次谐波线圈可以消除三次谐波，利用它来产生励磁电流，同时三次谐波有较好的复励特性，特别适用于单机运行的发电机励磁。谐波绕组400的一端与基波绕组500的一端串联，其未连接的端部为输出端700。输出端700通过固定连接在电机转子上的导电电刷与励磁绕组100电连接，输出端700与导电电刷之间还电连接有电压调节器800，电压调节器800用于调节励磁电压，还能使交流电流变为直流电流，从而使基波绕组500与谐波绕组400上产生的交流电流变为在励磁绕组100上能产生固定磁场的励磁电流。电压调节器800并联在输出端700上，电压调节器800还与励磁绕组100电连接。电压调节器800集成在AVR中，AVR是自动电压调节器800，为一种密封电子装置，通过控制低功率的励磁机磁场，调节励磁机电枢的整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流，稳定无刷发电机之输出电压要求，具有低频与无输入信号保护装置，并附有并联补偿功能，符合客户扩增容量需求。其具有电压整定、稳定度调节、F/V频率/电压特性设定、F/V低频保护、F/V电压下降设定、励磁电流限制、并联正交调差以及下垂调节等功能，同时可外接电压微调电位器、功率因数调节器进行控制。配合AVR，可使焊接电流工作在想需的电流区域，其空载电压均为恒定的设定电压，用户电源电压，输出功率无论是空载还是额载,其电压调整率均小于1%。AVR还与电流互感器600电信号连接，接收电流互感器600测得的电流信号，员工可通过控制电机转子的转速来控制焊接输出绕组200的输出电流。导电电刷能够将电机定子上产生的励磁电流传递给电机转子上的励磁绕组100而不变向，使电机转子能输出固定磁场。谐波绕组400内壁处设置有第一磁轭片，基波绕组500外壁处设置有第二磁轭片，第一磁轭片与第二磁轭片的长度方向平行且与谐波绕组400的绕接轴向平行，第一磁轭片的宽度与厚度均小于第二磁轭片的宽度与厚度。第一磁轭片的一端与第二磁轭片之间一体有导磁片。第一磁轭片与第二磁轭片能约束转子上的绕组施加在定子绕组上的磁力线，从而提高基波绕组500与谐波绕组400对焊接输出绕组200与用户电源绕组300内的基波与谐波的吸收率，而通过导磁片连接的第一磁轭片与第二磁轭片能使两者固定连接避免基波绕组500与谐波绕组400由于磁场力的作用而变形，将基波绕组500内部分位于谐波绕组400外的磁力线约束至谐波绕组400内，提高谐波绕组400对基波绕组500内谐波的吸收效率。

为了使电机具有能让发电机正常发电的初始发电磁场，电机转子上还设置有初始励磁装置，初始励磁装置为固定连接在电机转子上的永磁体。使用永磁体能够对发电机提供初始激励，磁性好不易衰减，避免发电机无法启动发电。永磁体采用直条状的磁铁，其两极位于其长度方向上的两端，永磁体的长度方向与电机转子的转动中心线垂直。

混合励磁系统的工作原理与有益效果为：电机转子转动后，永磁体的固定磁场切割定子上的焊接输出绕组200与用户电源绕组300，焊接输出绕组200与用户电源绕组300输出的输出电流内同时具有基波与谐波，基波绕组500与谐波绕组400能够吸收输出电流内的基波与三次谐波，产生交流电并通过电压调节器800以及整流器900将交流电整流后通过导电电刷形成直流的励磁电流，励磁电流使励磁绕组100从而产生更强的固定磁场，使发电机持续发电，基波绕组500能提供较大的励磁电流，而谐波绕组400能提高励磁电流的柔和度以及平缓度；基波绕组500吸收基波的同时也会产生额外的多次谐波，当基波绕组500与励磁绕组100叠加绕制后能够对基波绕组500内的谐波也有抑制与吸收作用，使基波绕组500提供的励磁电流更平滑，降低励磁电流的毛刺波动程度，提高励磁电流的利用率，抑制励磁电流内的谐波还能利于降低励磁绕组100的发热量，使固定磁场更稳定。

实施例二

结合本发明技术方案的上述发明思路，一种发电电焊机的混合励磁方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤S1：在电机定子上绕制焊接输出绕组200，在电机转子上绕制励磁绕组100，在焊接输出绕组200外绕接用户电源绕组300；电机转子转动后，电机转子上固定磁场切割焊接输出绕组200与用户电源绕组300，焊接输出绕组200用于提供焊接电源，用户电源绕组300用于提供用户电源。

步骤S2：确定基波绕组500与谐波绕组400的匝数；其中，谐波绕组400为三次谐波线圈。确定好基波绕组500与谐波绕组400的匝数可使电机效率提高，焊接特性变好。具有易起弧、不断弧、飞溅小以及成型好的优点。

步骤S3：用户电源绕组300外绕接谐波绕组400，在谐波绕组400外绕接基波绕组500，将谐波绕组400的一端与基波绕组500的一端电连接，谐波绕组400与基波绕组500未电连接的端部作为输出端700，其中，谐波绕组400的匝数为基波绕组500的匝数的3倍，谐波绕组400为三次谐波线圈。基波绕组500能提供较大的励磁电流，而谐波绕组400能提高励磁电流的柔和度以及平缓度，三次谐波线圈可以消除三次谐波，利用它来产生励磁电流，同时三次谐波有较好的复励特性，特别适用于单机运行的发电机励磁。当基波绕组500与励磁绕组100叠加绕制后能够对基波绕组500内的谐波也有抑制与吸收作用，使基波绕组500提供的励磁电流更平滑，降低励磁电流的毛刺程度，提高励磁电流的利用率，使固定磁场更稳定。

如图6所示，步骤S2还包括步骤S21与步骤S22。

步骤S21：若焊接输出绕组200输出的电流大于设定电流值后最长持续时间小于设定时间，增加谐波绕组400匝数在谐波绕组400与基波绕组500总匝数中的占比。通过增加谐波绕组400的匝数占总匝数的占有比，可改变焊接的柔和性，使焊接特性变软。

步骤S22：若焊接输出绕组200输出的最大电流小于设定电流值，增加基波绕组500匝数在谐波绕组400与基波绕组500总匝数中的占比。通过增加基波绕组500的匝数占总匝数的占有比，可增强焊接输出绕组200输出的电流。

步骤S4：将输出端700与励磁绕组100通过导电电刷进行电连接。导电电刷能够将整流器900产生的励磁电流传递给电机转子上的励磁绕组100而不变向，使电机转子能输出固定磁场。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

Claims (4)

1.一种发电电焊机的混合励磁系统，其特征在于，包括电机转子与电机定子，所述电机转子上绕制有励磁绕组（100），所述电机定子上从里至外依次绕制有共轴心线的焊接输出绕组（200）、用户电源绕组（300）、谐波绕组（400）以及基波绕组（500），所述谐波绕组（400）与所述基波绕组（500）串联，所述谐波绕组（400）的匝数为所述基波绕组（500）的匝数的3倍；

所述基波绕组（500）与所述谐波绕组（400）串联后的输出端（700）上电连接有用于调节励磁电压的电压调节器（800），所述电压调节器（800）并联在所述输出端（700）上，所述电压调节器（800）上电连接有所述励磁绕组（100），所述焊接输出绕组（200）上电连接有用于感应焊接输出电流的电流互感器（600）；

所述电机转子上还设置有初始励磁装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述初始励磁装置为固定连接在所述电机转子上的永磁体。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述励磁绕组（100）的端部电连接有固定连接在所述电机转子上的导电电刷。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述谐波绕组（400）为三次谐波线圈。

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