CN1159093A - 一种输出频率可任意改变的发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是电工学领域的发电机。其构成包括由定子铁芯和对称设在定子铁芯中的三相绕组构成的电枢、设在电枢中的由转子铁芯磁极和套在磁极上的励磁绕组构成的转子，所述的励磁绕组为一可产生旋转磁场的励磁绕组，其输入端还接有一励磁电流转换控制装置。通过励磁电流转换控制装置将励磁电流转换为一个频率、相序均可控制的交流励磁电流，以改变励磁电流的频率、相序来改变所形成的旋转磁场的旋转速度和方向，实现发电机输出频率的可调。

Description

一种输出频率可任意改变的发电机

本发明涉及电工学领域中的发电设备，特别涉及的是一种交流发电机。

现有的交流同步发电机的构成包括由定子铁芯和对称设置在定子铁芯中的三相绕组构成的电枢、设在电枢中的由转子铁芯磁极和套在磁极上的励磁绕组构成的转子，(《电工学二》中册第二十七章～第二十九章，哈尔滨工业大学电工学教研宣编，水利电力出版社出版)，转子励磁电流由直流电源供给，当原动机带动转子旋转时，就得到了一个在空间按正弦规律分布的旋转磁场，这个旋转磁场则在定子绕组中感应产生正弦交流电动势，向负载输出电能。我们知道，这种发电机发出的交流电的频率f与转子的转速n之间呈 $f=\frac{\mathrm{pn}}{60}$ 关系，为保证频率f恒定在国家规定的标准值上，目前的做法是不论负载变化如何均使发电机保持在额定转速下工作，造成很大浪费，这是其一。其二是这种发电机在以风力，潮夕能这类自然界中不稳定的能源做动力来带动发电机转子时，由于转子的转速n的不稳定，导致发电机所输出的交流电频率也不稳定，须经庞大的整流、变频设备处理后才能供用电器使用，设备投资大，使用成本高。其三是对于那些需要大范围变速的用电设备，特别是那些远离输电网、或者是无法与输电网相驳接的用电设备，如内燃机车、船舶、钻探机械等上的拖动系统，目前比较先进的做法则是采用变频变速技术的交-直-交施动系统，即在发电机与电动机之间设置一套整流-逆变装置，将发电机输出的恒定频率按电动机的转速要求加以改变。这套整流-逆变装置结构复杂，造价十分昂贵，且功率损耗大。对功率太大的电动机，所需匹配的逆变器制造还十分困难，甚至无法达到。

本发明的目的旨在克服现有发电机的上述不足，提供一种其输出的交流电的频率可不受转速影响，且可根据负载的要求任意可调的发电机。

本发明的目的是通过改变励磁绕组的励磁方式这一技术方案来实现的。本发明的发电机包括由定子铁芯和对称设在定子铁芯中的三相绕组构成的电枢、设在电枢中的由转子铁芯磁极和套在磁极上的励磁绕组构成的转子，本发明的特征是所述的励磁绕组为一可产生旋转磁场的励磁绕组，在励磁绕组的输入端还接有一励磁电流转换控制装置。所述的可产生旋转磁场的励磁绕组可以由三相转子绕组构成，也可以由两相转子绕组构成，励磁电流转换控制装置为一个其输出电流的频率，电压可以调节的控制装置，它的作用是给励磁绕组提供一个频率、电压可调的励磁电流。可以采用现有的由成都市佳灵电气制造公司生产的变频控制器担任。

本发明的发电机工作过程描述如下：同现有的同步发电机一样，励磁电流可由一附设电源供给，经变频控制器转换为一个其频率、相序可控的三相交流电作为励磁电流输给励磁绕组，即在励磁绕组中形成一个其旋转速度受励磁电流的频率所控制、甚旋转方向受励磁电流相序所控制的旋转磁场，该旋转磁场随着转子的旋转，切割磁力线，在定子绕组中产生电动势输出。从电功学原理可知，利用变频控制器来改变输给励磁绕组的励磁电流的频率，使所形成的旋转磁场的旋转速度也随之发生改变，因而也可使发电机的输出频率得以改变。利用励磁电流频率来控制发电机的输出频率这一特性，就可以通过转子的转速与励磁电流频率的适当匹配来使发电机工作在任意恒定值上，构成一个其输出频率不受转速影响的恒频发电机；也可以在转速不变的情况下使发电机的输出频率改变，构成一个恒功率变频发电机。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.在负载减小时，可降低原动机转速，同时提高励磁电流的频率以维持发电机的输出频率不变，既满足了用电设备对频率的要求，也减小了发电机的输出功率，避免了浪费；

2.在以风力、潮夕能为动力的发电系统中，可利用变频器根据转速的变化提供相应的励磁电流频率，以保证发电机的输出频率无论在任何转速下都保持在一要求的恒定值上，随时可并入电网或满足用电设备的要求。省略了整流-调频部分，节约了庞大的设备投资。

3.对一些如电动机之类的可变频控制的用电器，则可根据需要随时调整发电机的输出频率供变频调速使用，省略了原交-直-交拖动系统中的整流-逆变部分，结构简化，成本降低，功效提高。

4.增设一反馈机构，将发电机的有关参数反馈回变频控制器，则可利用变频控制器实现各种需要的控制，如，将发电机的转速、电流、电压、频率反馈回变频控制器，则可实现输出稳定的电压、稳定的频率、V/F控制、磁通矢量控制、直接转矩控制等等。

5.功效高，实验结果表明，励磁功率仅为发电机功率的2％左右。

下面结合附图给出实施例。

图1为本实施例的结构示意图

如图1所示，电枢1可沿用现有的同步发电机的定子结构形式，转子2则可采用异步电动机的绕线转予，转子上的三相绕组则为励磁绕组，励磁电流转换控制器3则选用变频控制器担任，其输出端与磁绕组的输入端相接。励磁绕组的输入端也可借用现有的滑环式接入形式。工作时由原动机5带动转子2，励磁电流则可由一附设电源4供给变频控制器3，再由变频控制器3输给励磁绕组。

Claims (4)

1、一种输出频率可任意改变的发电机，包括由定子铁芯和对称设在定子铁芯中的三相绕组构成的电枢，设在电枢中的由转子铁芯磁极和套在磁极上的励磁绕组构成的转子，其特征在于所述的励磁绕组为一可产生旋转磁场的励磁绕组，在励磁绕组的输入端还接有一励磁电流转换控制装置。

2、如权利要求1所述的输出频率可任意改变的发电机，其特征在于所述的励磁电流转换控制装置为变频控制器。

3、如权利要求1所述的输出频率可任意改变的发电机，其特征在于所述的可产生旋转磁场的励磁绕组由三相转子绕组构成。

4、如权利要求1所述的输出频率可任意改变的发电机，其特征在于所述的可产生旋转磁场的励磁绕组由二相转子绕组构成。

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