CN113839479B - 一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,包括机壳、定子铁心和环绕式绕组,机壳包括内层的导磁机壳;导磁机壳通过分布的导磁连接柱和定子铁心相连接固定;各个环绕式绕组和机壳之间分别装有储能振荡装置;储能振荡装置为由副线圈绕组和电容连接组成的储能振荡电路;储能振荡电路中的副线圈绕组环绕在导磁机壳上,且位置和发电机的环绕式绕组一一对应;发电机输出供电端连接负载,为负载供电;振荡储能电路并联在发电机输出供电端和负载之间;发电机各相输出供电端分别设有可控开关。本发明通过调整振荡储能电路的充电和放电,实现储能和供能,提高发电机供电可靠性,实现对负载的不间断供电。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域,具体涉及一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构。
背景技术
环绕式绕组主要应用于高速电机领域,高速永磁发电机具有体积小、噪音低、动态响应快、功率密度大、传动系统效率高等优点,已成为微型燃气轮机分布式供能系统的关键发电设备,常用于航空航天、军工等一些重要领域,也可作为独立电源或小型电站,弥补集中式供电的不足,由于其发挥的重要作用以及在应急、备用方面的特殊性,不允许出现停机故障,所以对系统的可靠性与容错运行能力要求更高。此外,由于高转速运行特点,电机一旦发生故障,极易造成严重的事故,引起巨大的经济损失,高速电机容错运行的相关研究也就成为了提升高速电机系统可靠性与安全性的重要手段。
传统对称三相绕组结构的电机,不能在绕组故障后缺相运行,可靠性受到了限制。提高电机相数,如采用五相、七相或双三相结构,可以增加电机控制的冗余度,在电机发生故障如一相断路后,仍然有足够的相数自由度保证电机的运行,为故障处理争取时间,这种方法虽然可以保证故障后电机继续运行,但多相绕组电机会增加电机的控制难度,使系统复杂化,而且多相电机难以保证发电机高速运行。常用的故障保护方法还有检测信号和保护边界数据对比,但必须执行停机保护操作,会对电力系统造成停电事故,造成不利影响。
上述技术方案公开了一些容错方案,但仍无法解决高速永磁发电机对动态响应快,可靠性高,不停机运行等要求。随着高速永磁发电机的装机数量不断增加,降低故障发生,减少供电故障问题,对其进行快速有效的容错运行成为迫切要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,利用发电机为储能振荡电路充电储能,储能振荡电路进行存储放电,实现电机自容错运行。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,包括机壳、定子铁心和环绕式绕组,所述机壳为分层机壳,包括内层机壳,内层机壳为导磁机壳;导磁机壳通过分布的导磁连接柱和定子铁心相连接固定;每个环绕式绕组的两侧均有导磁连接柱,定子铁心、导磁连接柱与导磁机壳构成磁路;
各个环绕式绕组和机壳之间分别装有储能振荡装置;储能振荡装置为由副线圈绕组和电容连接组成的储能振荡电路;储能振荡电路中的副线圈绕组环绕在导磁机壳上,且位置和发电机的环绕式绕组一一对应;电容放置在对应的副线圈绕组旁边;
发电机输出供电端连接负载,为负载供电;振荡储能电路并联在发电机输出供电端和负载之间;发电机各相输出供电端分别设有可控开关;
当发电机正常运行时,发电机各相输出供电端的可控开关均导通,发电机为负载供电,振荡储能电路为充电状态,振荡储能电路存储同频同相位的电能;
当发电机某一相或多相绕组发生供电故障时,发电机正常相输出供电端的可控开关导通,对应的振荡储能电路为充电状态,发电机故障相输出供电端的可控开关断开,对应的储能振荡电路为电源输出状态,负载同时被发电机和储能振荡电路同时供能;
发电机发生供电故障,包括发电机内部局部失磁故障和发电机绕组短路故障;当发生发电机内部局部失磁故障时,储能振荡电路的磁能通过磁路注入定子铁心,给电机主磁路补充磁场;当发生发电机绕组短路故障时,电动机内部磁场激增,定子铁心磁能过剩,此时过剩的磁场通过磁路传递至储能振荡电路;
当发电机所有绕组发生断路故障时,发电机直接丧失供电能力,发电机各相输出供电端的可控开关均断开,储能振荡电路单独提供同频同相位电能直接给负载供电。
进一步的,所述机壳由内层机壳和外层机壳嵌套而成,外层机壳为不导磁机壳。
进一步的,所述外层机壳内侧与副线圈绕组对应位置均设有开槽。
本发明的有益效果是:
1、在发电机故障无法对负载供电时,本发明的储能振荡电路存储的电能为同频同相位,供电时省去电能转换环节,能不间断对负载进行供电,提高供电效率,保障电力系统正常运行。
2、故障时常伴随磁场畸变,影响发电机输出电能质量和稳定运行,储能振荡电路的副线圈绕组感应磁场变化,能动态调节电机故障磁场,减少故障磁场不利影响,从而提高电机运行可靠和自容错能力。
附图说明
图1为本发明的立体示意图;
图2为本发明的主视图;
图3为本发明中储能振荡装置部位的放大示意图;
图4为本发明中储能振荡电路与发电机输出供电端和负载的连接示意图(可控开关导通状态);
图5为本发明中储能振荡电路与发电机输出供电端和负载的连接示意图(可控开关断开状态);
图6为本发明三相正常供电的电路示意图;
图7为本发明三相正常供电的整体供电图;
图8为本发明一相断路供电的电路示意图;
图9为本发明二相断路供电的电路示意图
图10为本发明局部绕组故障(包括一相断路供电和二相断路供电)的整体供电图;
图11为本发明发生发电机内部局部失磁故障时的定子磁场示意图;
图12为本发明发生发电机绕组短路故障时的定子磁场示意图;
图13为本发明三相断路供电的电路示意图;
图14为本发明三相断路供电的整体供电图。
具体实施方式
以下结合附图本实施例的具体实施方式作详细说明,图11和图12中的箭头为磁场方向示意。
如图1至图14所示,本实施例公开了一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,包括机壳、定子铁心2和环绕式绕组1。
电机机壳为分层机壳,由内层机壳和外层机壳嵌套而成,内层机壳为导磁材料制成的导磁机壳4,外层机壳为普通不导磁材料制成的不导磁机壳5;导磁机壳4通过分布的导磁连接柱3和定子铁心2相连接固定。
每个环绕式绕组1的两侧均有导磁连接柱3,定子铁心2、导磁连接柱3与导磁机壳4构成磁路。
各个环绕式绕组1和机壳之间分别装有储能振荡装置;储能振荡装置为由副线圈绕组7和电容8连接组成的储能振荡电路;储能振荡电路中的副线圈绕组7环绕在导磁机壳4上,且位置和发电机的环绕式绕组1一一对应;电容8放置在对应的副线圈绕组7旁边。
不导磁机壳5内侧与副线圈绕组7对应位置均设有开槽6。
发电机11输出供电端连接负载10,为负载10供电;振荡储能电路并联在发电机11输出供电端和负载10之间;发电机11三相输出供电端分别设有可控开关9。
本发明的工作原理如下:
在环绕式绕组中,有一半绕组在定子背槽里面,背部绕组也会产生很强的漏磁磁场,每个定子背槽都放置对应的振荡储能电路,且振荡储能电路发电机输出供电端并联,并由可控开关控制。副线圈绕组7是缠绕在导磁机壳4上,导磁机壳4用导磁连接柱3和电机定子铁心2相连,从而导磁机壳4、导磁连接柱3、定子铁心2构成磁路,漏磁通过磁路流通感应副线圈绕组7产生电能,存储在电容8中。该结构使环绕式绕组和副线圈绕组磁能交换,且感应产生的电能存储在振荡储能电路能中。
发电机为负载供电,振荡储能电路并联在发电输出端和负载之间,振荡储能电路为充电状态。可控开关会根据发电机输出状态,自动调整导通和关断,控制发电机、振荡储能电路及负载之间的导通和关断。通过调整振荡储能电路的充电和放电,提高对负载供电可靠性,最终利用其特殊结构,实现储能和供能,提高发电机供电可靠性,实现对负载的不间断供电。
其中L为电感,C为电容, 放电振荡频率仅与电路中的L、C有关,赋予其特定的数值,使其放电振荡频率和电机运行频率将相一致。
如图6和图7所示,当发电机正常运行时,发电机11三相输出供电端的可控开关均导通,发电机为负载供电,振荡储能电路为充电状态,振荡储能电路存储同频同相位的电能。
如图8所示,当发电机某一相绕组发生供电故障;如图9所示,当发电机某两相绕组发生供电故障。这种情况下的绕组供电能力减弱或丧失,此时发电机正常相输出供电端的可控开关均导通,对应的振荡储能电路为充电状态,发电机故障相输出供电端的可控开关断开,对应的储能振荡电路为电源输出状态,形成局部位置的储能振荡电路自适应工作(如图10所示),由于存储的是同频同相位电能,提供同频同相位电能直接给负载供电,免去供电转换的环节,保障供电及时性。负载同时被发电机和储能振荡电路同时供能,保障电力系统安全稳定运行。
某一相或多相绕组发生供电故障,多半是由于发电机内部发生局部失磁或绕组短路所造成的。发电机发生供电故障时常伴随磁场畸变,具体的发电机发生供电故障,包括发电机内部局部失磁故障和发电机绕组短路故障。
如图11所示,当发电机因局部故障造成电机内局部磁场不足时,发电机内部局部磁场减弱或者磁场消失,由于储能振荡电路中已被充电,副线圈绕组中已经感应出大量磁能,通过磁路注入定子铁心,给电机主磁路补充磁场,缓解发电机内部磁场缺失,保障发电机正常运行,从而实现储能振荡电路补充磁场。
如图12所示,电机内部磁场激增,定子铁心磁能过剩,此时过剩的磁场通过连接柱所构成的磁路,传递至副绕组线圈,副绕组线圈能吸收过剩磁场缓解定子铁心饱和。
由于电机运行状态不同,内部磁场和电能变化也是不同的,副绕组线圈能实时动态的感应磁场,电容能释放电能,所以此装置能根据电机的磁场和电能变化进行自适应运行动态调节电机内部故障,提高发电机供电可靠性。
如图13和图14所示,当发电机所有绕组发生断路故障时,发电机直接丧失供电能力,发电机各相输出供电端的可控开关均断开,储能振荡电路单独提供同频同相位电能直接给负载供电,保障电路正常运行,解决故障所造成的供电不足,保障电力系统安全稳定运行。
在发电机故障无法对负载供电时,本发明的储能振荡电路存储的电能为同频同相位,供电时省去电能转换环节,能不间断对负载进行供电,提高供电效率,保障电力系统正常运行。
故障时常伴随磁场畸变,影响发电机输出电能质量和稳定运行,储能振荡电路的副线圈绕组感应磁场变化,能动态调节电机故障磁场,减少故障磁场不利影响,从而提高电机运行可靠和自容错能力。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作,因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
Claims (3)
1.一种环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,包括机壳、定子铁心和环绕式绕组,其特征在于:所述机壳为分层机壳,包括内层机壳,内层机壳为导磁机壳;导磁机壳通过分布的导磁连接柱和定子铁心相连接固定;每个环绕式绕组的两侧均有导磁连接柱,定子铁心、导磁连接柱与导磁机壳构成磁路;
各个环绕式绕组和机壳之间分别装有储能振荡装置;储能振荡装置为由副线圈绕组和电容连接组成的储能振荡电路;储能振荡电路中的副线圈绕组环绕在导磁机壳上,且位置和发电机的环绕式绕组一一对应;电容放置在对应的副线圈绕组旁边;
发电机输出供电端连接负载,为负载供电;振荡储能电路并联在发电机输出供电端和负载之间;发电机各相输出供电端分别设有可控开关;
当发电机正常运行时,发电机各相输出供电端的可控开关均导通,发电机为负载供电,振荡储能电路为充电状态,振荡储能电路存储同频同相位的电能;
当发电机某一相或多相绕组发生供电故障时,发电机正常相输出供电端的可控开关导通,对应的振荡储能电路为充电状态,发电机故障相输出供电端的可控开关断开,对应的储能振荡电路为电源输出状态,负载同时被发电机和储能振荡电路同时供能;
发电机发生供电故障,包括发电机内部局部失磁故障和发电机绕组短路故障;当发生发电机内部局部失磁故障时,储能振荡电路的磁能通过磁路注入定子铁心,给电机主磁路补充磁场;当发生发电机绕组短路故障时,电动机内部磁场激增,定子铁心磁能过剩,此时过剩的磁场通过磁路传递至储能振荡电路;
当发电机所有绕组发生断路故障时,发电机直接丧失供电能力,发电机各相输出供电端的可控开关均断开,储能振荡电路单独提供同频同相位电能直接给负载供电。
2.根据权利要求1所述的环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,其特征在于:所述机壳由内层机壳和外层机壳嵌套而成,外层机壳为不导磁机壳。
3.根据权利要求2所述的环绕式副绕组及容错供能的发电机定子结构,其特征在于:所述外层机壳内侧与副线圈绕组对应位置均设有开槽。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB617794A (en) * | 1946-08-28 | 1949-02-11 | British Thomson Houston Co Ltd | Improved means for indicating fault locations on electric transmission lines |
GB903635A (en) * | 1958-07-29 | 1962-08-15 | Licentia Gmbh | An arrangement for detecting a short circuit of a winding in the armature of a direct-current machine |
JP2010068687A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Honda Motor Co Ltd | コアに卜ロイダル状の巻線を備えた回転電機用固定子および回転電機の制御装置 |
CN206908518U (zh) * | 2017-03-27 | 2018-01-19 | 杜金昌 | 叠加式电场感应取电装置 |
CN111049288A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 郑州轻工业大学 | 一种环绕式绕组磁通调制定子结构 |
CN113054764A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-06-29 | 郑州轻工业大学 | 一种液冷冲击拱形磁通调节装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT515058B1 (de) * | 2013-10-30 | 2017-03-15 | Ge Jenbacher Gmbh & Co Og | Verfahren zum Betreiben eines mit einem Energieversorgungsnetz verbundenen Generators |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB617794A (en) * | 1946-08-28 | 1949-02-11 | British Thomson Houston Co Ltd | Improved means for indicating fault locations on electric transmission lines |
GB903635A (en) * | 1958-07-29 | 1962-08-15 | Licentia Gmbh | An arrangement for detecting a short circuit of a winding in the armature of a direct-current machine |
JP2010068687A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Honda Motor Co Ltd | コアに卜ロイダル状の巻線を備えた回転電機用固定子および回転電機の制御装置 |
CN206908518U (zh) * | 2017-03-27 | 2018-01-19 | 杜金昌 | 叠加式电场感应取电装置 |
CN111049288A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 郑州轻工业大学 | 一种环绕式绕组磁通调制定子结构 |
CN113054764A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-06-29 | 郑州轻工业大学 | 一种液冷冲击拱形磁通调节装置 |
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