CN1441536A - 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

双频变频无刷同步发电机
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。市场迫切需要双频变频发电机实现无刷化,满足电站实现智能自动化控制要求。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,而变频发电机和利用某种频率(50Hz)的电机当同步电动机使用驱协另一种频率(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。中频发电机的定子铁芯槽内嵌有二套绕组,一套中频真分数槽双迭式的等匝而不等距的正弦绕组1W,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;中频发电机的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WF,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经三相旋转整流模块1XQ整流供给。工频发电机的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;工频发电机的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经三相旋转整流模块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定子和转子,定子和转子上分别有两套无互感绕组1WE、1WJ、2WE、2WJ,两套无互感绕组共一个铁芯,转子铁芯两端面分别安装变频无刷投励装置和三相旋转整流器模块1XQ、2XQ,双频复合式无刷励磁机为工频发电机和中频发电机提供励磁电源;变频无刷投励装置包括三相旋转整流模块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发电机牵入同步运行。
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,发电机各自谐波绕组WS剩磁电压经种自电压调节器AVR整流,供给各自励磁机励磁绕组WE加强各自励磁机励磁磁场,各自励磁机电枢绕组WJ感应交流电压,经各自三相旋转整流模块XQ整流,供给各自主磁场绕组(WF)加强主磁场,各自定子主绕组(W)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。调节电压调节器AVR可整定发电机各自电压。变频无刷发电状态时,当相序正确的市电输入工频电机,工频电机开始异步启动,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。如权利要求书所述的双频变无刷同步发电机结构特征,还可构成50Hz和400Hz输出,或50Hz和1000Hz输出,或50Hz和与整数倍50Hz频率电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电路原理图;
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一种频率(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、交流励磁机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铁芯13和工频定子铁芯15,转子轴上与定子13、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内安装带绕组的交流励磁机定子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10安装,后端盖12内转轴10安装带绕组的交流励磁机转子18铁芯,中频定子13铁芯有中频主绕组和谐波绕组,工频定子15铁芯有工频主绕组和谐波绕组,中频转子14铁芯有中频主励磁绕组,工频转子16铁芯有工频主励磁绕组,交流励磁机定子17铁芯有两套无互感的中频和工频励磁绕组,交流励磁机转子18铁芯有两套无互感的中频和工频交流绕组,交流励磁机转子18铁芯的两侧分别安装旋转整流器9和无刷投励装置7。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,也同时为发电机提供励磁进行发电。双频复合式无刷励磁机8由定子17和转子18组成,定子17和转子18上分别有两套无互感绕组,两套无互套绕组共一个铁芯。
当变频发电时,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,转子磁极绕组会感应出高频率高电压交流电,对磁极绕级2wf绝缘和已接上的三相旋转整流模块2XQ产生冲击而损坏,变频无刷技术首先要解决此问题,为此,在磁极绕组上并联一个10倍于磁极绕组的限压电阻10Rf,限制高频高电压,同时三相旋转整流模块2XQ会受感应电压而导通造成短路而损坏,为此在磁极绕组与三相旋转整流模块2XQ负电极间串一旋转可控管KX,旋转可控管KX负极与三相旋转整流模块2XQ负电机相连,旋转可控管KX正极与磁极绕组相连,这样解决了异步启动过程中磁极绕组绝缘和三相旋转整流模块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。
同步电机异步启动过程后,转速达到95%同步转速,此时磁极绕组感应电压低频率也低,是电机牵入同步转速的最佳状态,此时必须给电机励磁使电机牵入同步,即同步投励过程。在同步投励过程中,给励磁机定子一定的励磁电压,励磁机电枢感应交流电,经三相旋转整流模块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,为同步电机提供励磁电源,使同步电机进入同步,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,驱动发电机发电,发电机加上负载后,如果励磁电压不变,同步电机就会失步,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(6)和中频400Hz(5)发电机为双枢式铁芯,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:中频发电机(5)的定子(13)铁芯槽内嵌有二套绕组,一套中频真分数槽双迭式的等匝而不等距的正弦绕组1W,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,中频发电机(5)的转子(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,第二种绕组为中频凸极隐极化励磁绕组WF,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经三相旋转整流模块1XQ整流供给;工频发电机(6)的定子(15)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,工频发电机(6)的转子(16)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经三相旋转整流模块2XQ整流供给,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)包括定子(17)和转子(16),定子(17)和转子(16)上分别有两套无互感绕组1WE、1WJ、2WE、2WJ,两套无互感绕组共一个铁芯,转子(16)铁芯两端面分别安装变频无刷投励装置(7)和三相旋转整流器模块1XQ、2XQ(9),双频复合式无刷励磁机(8)为工频发电机(6)和中频发电机(5)提供励磁电源;变频无刷投励装置(7)包括三相旋转整流模块2XQ(9)、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发电机(6)牵入同步运行。
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