CN1305207C - 双频变频无刷同步发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双频变频无刷同步发电机，该双频变频无刷同步发电机由中频(400Hz)发电机、工频(50Hz)发电机、交流励磁机、旋转整流器、无刷投励装置、离合器、风扇、机座、前端盖、后端盖和轴承等组成，变频无刷发电机则是某种频率(50Hz)的发电机利用外电进行异步启动、同步投励、同步运行，驱动另一种频率(400Hz)的发电机发电，整个过程都是无刷化。能实现无刷双频发电，也能实现无刷变频发电。双频变频无刷同步发电机能使双频发电和变频发电实现无刷化，取消了滑环电刷，无火花高频干扰，无滑环与炭刷磨损问题；发电时工频和中频电压互不干扰，电压波形正弦性好，供电品质优良；发电机可靠性高，维护简单，容易实现电站的智能自动化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电源，尤其是一种双频变频无刷同步发电机。
背景技术
双频变频有刷发电机自二十世纪七十年代开始开发和使用，至今已有三十年，此种发电机为有刷结构，带有滑环和电刷，运行时产生火花，无线电干扰大，滑动容易磨损，维护和修理困难，励磁电流大，励磁系统控制器大且复杂，难于实现自动化控制要求。单频无刷发电机通常由主发电机和励磁机组成，双频发电机由两种频率的发电机组成，而变频发电机是利用某种频率(50HZ)的电机当同步电动机使用驱动另一种频率(400HZ)的发电机发电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双频变频无刷同步发电机，能实现无刷双频发电，也能实现无刷变频发电。
本发明的技术方案为：一种双频变频无刷同步发电机，工频50Hz发电机和中频400Hz发电机为双枢式铁芯，同转轴装有一个双频复合式无刷励磁机和变频无刷投励装置。中频400Hz发电机的中频定子铁芯槽内嵌有二套绕组，一套中频主绕组(1W)，中频主绕组是真分数槽双迭式的等匝而不等距的正弦绕组，一套为单相的中频谐波绕组1WS作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构；中频400Hz发电机的中频转子铁芯槽内嵌有二种绕组，一种阻尼笼的鼠笼式短路绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为中频凸极隐极化励磁绕组1WF，其励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机第一电枢绕组1WJ经第一组三相旋转整流器1XQ整流供给；工频50Hz发电机的工频定子铁芯槽内嵌有二套绕组，一套工频正弦绕组2W、一套为单相的工频谐波绕组2WS作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构；工频50Hz发电机的工频转子铁芯槽内嵌有二种绕组，一种绕组是阻尼绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为工频励磁绕组2WF，其励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机第二电枢绕组2WJ经第二组三相旋转整流器2XQ整流供给，转子铁芯为凸极，且有轴向通风槽；双频复合式无刷励磁机包括励磁机定子和励磁机转子，励磁机定子17铁芯有一套励磁机中频励磁绕组1WE和一套励磁机工频励磁绕组2WE，励磁机中频励磁绕组1WE和励磁机工频励磁绕组2WE间是无互感的，励磁机转子18铁芯有一套励磁机中频电枢绕组1WJ和一套励磁机工频电枢绕组2WJ，励磁机中频电枢绕组1WJ和励磁机工频电枢绕组2WJ间是无互感的，两套无互感绕组各共一个铁芯，励磁机转子铁芯的一端面安装变频无刷投励装置而另一端面安装二组三相旋转整流器1XQ、2XQ。双频复合式无刷励磁机为工频50Hz发电机和中频400Hz发电机提供励磁电源；变频无刷投励装置包括第二组三相旋转整流器2XQ、旋转可控管KX、分压电阻R1、R2和限压电阻10Rf组成以及变频无刷投励装置的组成电路，无刷变频时，能实现自动投励使工频50Hz发电机作同步电动机使用牵入同步运行。
其工作原理：双频无刷发电状态时，当发动机驱动发电机达到额定转速后，发电机中频和工频各自的谐波绕组1WS、2WS剩磁电压经各自电压调节器1AVR、2AVR内整流，供给各自励磁机励磁绕组1WE、2WE加强各自励磁机励磁磁场，各自励磁机电枢绕组1WJ、2WJ感应交流电压，经各自三相旋转整流器1XQ、2XQ整流，供给各自磁极绕组1WF、2WF加强主磁场，各自定子主绕组1W、2W感应交流电压(中频与工频)，该电压不断升高直到额定电压稳定。调节各自电压调节器1AVR、2AVR可整定发电机各自电压。变频无刷发电状态时，工频发电机作为同步电动机使用，当相序正确的市电输入同步电动机，同步电动机开始异步启动，转速达到95％同步转速后，同步投励装置立即给同步电动机励磁，使同步电动机进入同步转速，然后驱动中频发电机发出中频电源。
本发明的优点在于：双频变频无刷同步发电机能使双频发电和变频发电实现无刷化，取消了滑环电刷，无火花高频干扰，无滑环与炭刷磨损问题；发电时工频和中频电压互不干扰，电压波形正弦性好，供电品质优良；发电机可靠性高，维护简单，容易实现电站的智能自动化控制。可构成50Hz和400Hz交流电源同时输出的发电机，还可构成50Hz和整数倍50Hz的频率交流电源同时输出的不同功率的双频变频无刷同步发电机。
附图说明
图1为双频变频无刷同步发电机结构示意图；
图2为双频变频无刷同步发电机原理图；
图3为变频无刷投励装置原理图。
具体实施方式
双频无刷同步发电机由两种频率(50HZ和400HZ)的主发电机和其励磁机组成，变频无刷发电机则是某种频率(50HZ)的主电机利用外电进行异步启动、同步投励、同步运行，驱动另一种频率(400HZ)的发电机发电，整个过程都是无刷化。
双频变频无刷同步发电机包括中频(400HZ)发电机5、工频(50HZ)发电机6、双频复合式无刷励磁机8、旋转整流器9、无刷投励装置7、离合器1、风扇3、机座4、前端盖2、后端盖12和轴承11。机座4内同转轴10布置带绕组的中频定子13铁芯和工频定子15铁芯，转轴上与中频定子13和工频定子15铁芯对应布置带绕组的中频转子14铁芯和工频转子16铁芯，中频定子13铁芯侧的机座4止口上安装前端盖2，前端盖2与转轴10间通过轴承11安装，前端盖1内转轴10上安装离合器1和风扇3，后端盖12内安装带绕组的励磁机定子17铁芯，工频定子16铁芯侧的机座4止口上安装后端盖12，后端盖12与转轴10间通过轴承11安装，后端盖12内转轴10上安装带绕组的励磁机转子18铁芯，中频定子13铁芯有中频主绕组1W和中频谐波绕组1WS，工频定子15铁芯有工频主绕组2W和工频谐波绕组2WS，中频转子14铁芯有中频磁极绕组1WF，工频转子16铁芯有工频磁极绕组2WF，励磁机定子17铁芯有两套无互感的励磁机中频励磁绕组1WE和励磁机工频励磁绕组2WE，励磁机转子18铁芯有两套无互感的励磁机中频电枢绕组1WJ和励磁机工频电枢绕组2WJ，励磁机转子18铁芯的一端面安装变频无刷投励装置7而另一端面安装二组三相旋转整流器1XQ、2XQ。当双频发电时，双频复合式无刷励磁机8同时为两种频率的主发电机提供互不干扰的励磁电源，当变频发电时，双频复合式无刷励磁机8为同步电动机提供励磁进行同步运行，也同时为中频发电机提供励磁进行中频发电。双频复合式无刷励磁机8由励磁机定子17和励磁机转子18组成，励磁机定子17和励磁机转子18上分别有两套无互感绕组，两套无互感绕组共一个铁芯。
当变频发电时，工频发电机作为同步电动机使用，即同步电动机运行，必须进行异步启动、同步投励、同步运行过程。无刷变频运行时，整个过程通过变频无刷投励装置7实现。
在异步启动过程中，工频转子磁极绕组会感应出高频率高电压交流电，对工频磁极绕组2WF绝缘和已接上的第二组三相旋转整流器2XQ会产生冲击而损坏，变频无刷技术首先要解决此问题，为此，在工频磁极绕组2WF的2F1和2F2端子上并联一个10倍于工频磁极绕组2WF电阻Rf的限压电阻10Rf，限制高频高电压，同时第二组三相旋转整流器2XQ会受感应电压而导通造成短路而损坏，为此在工频磁极绕组2WF的2F2端子与第二组三相旋转整流器2XQ负电极间串一旋转可控管KX，旋转可控管KX负极与第二组三相旋转整流器2XQ负电极相连，旋转可控管KX正极与工频磁极绕组的2F2端子相连，这样解决了异步启动过程中工频磁极绕组绝缘和第二组三相旋转整流器2XQ不受感应高频高电压冲击问题，使异步启动过程顺利完成。
同步电动机异步启动过程后，转速达到95％同步转速，此时工频磁极绕组感应电压低频率也低，是同步电动机牵入同步转速的最佳状态，此时必须给同步电动机励磁使同步电动机牵入同步，即同步投励过程。在同步投励过程中，给励磁机工频励磁绕组2WE一定的励磁电压，励磁机工频电枢绕组2WJ感应交流电，经第二组三相旋转整流器2XQ整流，由分压电阻R1和R2分压给旋转可控管KX控制极，使旋转可控管KX导通，为同步电动机工频磁极绕组2WF提供励磁电源，使同步电动机进入同步，完成无刷自动同步投励过程。
同步投励过程后，同步电动机转速达到额定同步转速，驱动中频400Hz发电机发电，中频400Hz发电机加上负载后，如果同步电动机励磁电压不变，同步电动机就会失步，转速波动，为此设计了功率因数调节器，其根据负载情况及时调节同步电动机励磁电流，使同步电动机稳定运行。
Claims (1)
1、一种双频变频无刷同步发电机，工频50Hz发电机(6)和中频400Hz发电机(5)为双枢式铁芯，同转轴(10)装有一个双频复合式无刷励磁机(8)和变频无刷投励装置(7)，其特征是：中频400Hz发电机(5)的中频定子(13)铁芯槽内嵌有二套绕组，一套中频主绕组(1W)，中频主绕组是真分数槽双迭式的等匝而不等距的正弦绕组，一套为单相的中频谐波绕组(1WS)作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构，中频400Hz发电机(5)的中频转子(14)铁芯槽内嵌有二种绕组，一种阻尼笼的鼠笼式短路绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为凸极隐极化中频磁极绕组(1WF)，中频磁极绕组的励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机中频电枢绕组(1WJ)经第一组三相旋转整流器(1XQ)整流供给；工频50Hz发电机(6)的工频定子(15)铁芯槽内嵌有二套绕组，一套工频主绕组(2W)，工频主绕组是正弦绕组，一套为单相的工频谐波绕组(2WS)作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构，工频50Hz发电机(6)的工频转子铁芯槽内嵌有二种绕组，一种绕组是阻尼绕组，该绕组由紫铜制作；第二种绕组为工频磁极绕组(2WF)，工频磁极绕组的励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机工频电枢绕组(2WJ)经第二组三相旋转整流器(2XQ)整流供给，工频转子(16)铁芯为凸极，且有轴向通风槽(19)；双频复合式无刷励磁机(8)包括励磁机定子(17)和励磁机转子(18)，励磁机定子(17)铁芯有一套励磁机中频励磁绕组(1WE)和一套励磁机工频励磁绕组(2WE)，励磁机中频励磁绕组(1WE)和励磁机工频励磁绕组(2WE)间是无互感的，励磁机转子(18)铁芯有一套励磁机中频电枢绕组(1WJ)和一套励磁机工频电枢绕组(2WJ)，励磁机中频电枢绕组(1WJ)和励磁机工频电枢绕组(2WJ)间是无互感的，励磁机转子(18)铁芯的一端面安装变频无刷投励装置(7)而另一端面安装二组三相旋转整流器(1XQ、2XQ)。双频复合式无刷励磁机(8)为工频50Hz发电机(6)和中频400Hz发电机(5)提供励磁电源；变频无刷投励装置(7)由第二组三相旋转整流器(2XQ)、旋转可控管(KX)、分压电阻(R1、R2)和限压电阻(10Rf)组成，无刷变频时，能实现自动投励使工频50Hz发电机(6)作同步电动机使用牵入同步运行。
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