CN203984200U - 无刷励磁发电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无刷励磁发电机，该无刷励磁发电机包括：交流励磁机和发电机，交流励磁机用于根据发电机的输出电源生成励磁电源并提供给发电机的发电机励磁绕组；交流励磁机包括：励磁机励磁绕组和用于感应生成励磁电源的励磁机电枢绕组；该无刷励磁发电机还包括：第一励磁调节器和第二励磁调节器，第一励磁调节器和第二励磁调节器经输出回路供电给励磁机励磁绕组；第一励磁调节器和第二励磁调节器共用发电机的输出电源。本实用新型通过设置两个励磁调节器，两个励磁调节器共用发电机生成的电源，实现了发电机的励磁绕组供电的冗余控制，提高了发电机正常运行的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电机领域，特别地，涉及一种无刷励磁发电机。
背景技术
燃气轮机发电机组是以燃气轮机作为原动机，将燃料中的热能转换成机械能，再通过其拖动的同步发电机转换成电能。
无刷励磁交流发电机的工作原理是通过附加绕组，励磁调节器对交流励磁机在发电机定子上的励磁绕组通以直流电，对交流励磁机提供励磁，其转子电枢绕组将发出交流电，经过旋转整流器的三相桥式全控整流电路整流后向主发电机转子励磁绕组供电，从而使主发电机在定子的电枢绕组感应出所需的交流电来。
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统，该励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。其中，励磁功率单元是指向同步发电机的转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，励磁调节器根据发电机的输出电流和电压，输出直流电给交流励磁机的励磁绕组。现有的励磁系统均只有一个励磁调节器，交流励磁机由该励磁调节器提供输入电源，一旦该励磁调节器出现故障，由于没有备用回路，则影响整个发电机组的正常运行。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种无刷励磁发电机，以解决现有的无刷励磁发电机的励磁系统不可靠的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种无刷励磁发电机，该无刷励磁发电机包括：交流励磁机和发电机，交流励磁机用于根据发电机的输出电源生成励磁电源并提供给发电机的发电机励磁绕组；
交流励磁机包括：励磁机励磁绕组和用于感应生成励磁电源的励磁机电枢绕组；
该无刷励磁发电机还包括：第一励磁调节器、第二励磁调节器，第一励磁调节器和第二励磁调节器经输出回路供电给励磁机励磁绕组；第一励磁调节器和第二励磁调节器共用发电机的输出电源。
进一步地，发电机的定子上设有定子电枢绕组和定子附加绕组，定子附加绕组供电给第一励磁调节器和第二励磁调节器。
进一步地，第一励磁调节器和第二励磁调节器之间经控制器局域网络CAN总线连接，第一励磁调节器和第二励磁调节器中的至少一个连接有用于检测发电机的定子电枢绕组的输出电流的电流互感器和用于检测发电机的定子电枢绕组的输出电压的电压互感器。
进一步地，励磁机励磁绕组设于发电机的定子上，励磁机电枢绕组设于发电机的转子上并经旋转整流器与发电机的转子上的发电机励磁绕组连接，励磁机电枢绕组、旋转整流器和发电机励磁绕组同轴旋转。
进一步地，旋转整流器为三相桥式整流电路。
进一步地，第一励磁调节器经接触器的常开触点导通至励磁机励磁绕组，第二励磁调节器经接触器的常闭触点导通至励磁机励磁绕组。
进一步地，接触器设有冗余控制回路，冗余控制回路包括：并联设置于控制电源两端的第一支路和第二支路；
第一支路和第二支路经一切换开关连接至控制电源的正极，
第一支路上串接有接触器的线圈、第一继电器的常闭触点和第二继电器的常闭触点，第一支路上切换开关的两个触点间还并联有第三继电器的常开触点；
第二支路上串接有第一继电器的线圈、第三继电器的常闭触点，第二支路上切换开关的两个触点间还并联有第二继电器的常开触点。
进一步地，定子电枢绕组和定子附加绕组相互绝缘，间隔嵌放在发电机的定子的定子槽内。
进一步地，发电机的转子与燃气轮机的输出轴同轴连接。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型无刷励磁发电机，通过设置两个励磁调节器，两个励磁调节器共用发电机生成的电源，实现了发电机的励磁绕组供电的冗余控制，提高了发电机正常运行的可靠性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例无刷励磁发电机的结构示意图；以及
图2是本实用新型优选实施例冗余控制回路的结构示意图。
附图标记说明：
10、交流励磁机；11、励磁机励磁绕组；13、励磁机电枢绕组；20、发电机；
21、发电机励磁绕组；23、定子电枢绕组；25、定子附加绕组；
31、第一励磁调节器；32、第二励磁调节器；33、CAN总线；
40、电流互感器；50、电压互感器；
KM、接触器；60、冗余控制回路；61、第一支路；62、第二支路；
SA、切换开关；KA1、第一继电器；KA2、第二继电器；KA3、第三继电器；
D、二极管；70、旋转整流器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，本实用新型的优选实施例提供了一种无刷励磁发电机，该无刷励磁发电机包括：交流励磁机10和发电机20，交流励磁机10用于根据发电机20的输出电源生成励磁电源并提供给发电机20的发电机励磁绕组21。本实施例中，交流励磁机10包括：励磁机励磁绕组11和用于感应生成励磁电源的励磁机电枢绕组13。本实施例无刷励磁发电机还包括：第一励磁调节器31和第二励磁调节器32，第一励磁调节器31和第二励磁调节器32经输出回路共同连接至励磁机励磁绕组11以给励磁机励磁绕组11提供直流电；第一励磁调节器31和第二励磁调节器32共用发电机20的输出电源。本实施例采用两个励磁调节器将发电机的输出电源转换为直流电后供电给交流励磁机10的励磁机励磁绕组11，该励磁机励磁绕组11通电后生成励磁磁场，励磁机电枢绕组13输出交流电。本实施例中，励磁机电枢绕组13设于发电机20的转子上并经旋转整流器70与发电机20的转子上的发电机励磁绕组21连接，励磁机电枢绕组13、旋转整流器70和发电机励磁绕组21同轴旋转，旋转整流器70将励磁机电枢绕组13输出的交流电转换为直流电后供电给发电机20的发电机励磁绕组21，以为发电机20提供直流励磁电源，且励磁机电枢绕组13与发电机励磁绕组21同轴旋转，实现无刷励磁发电。本实施例中，旋转整流器70为三相桥式整流电路，励磁机电枢绕组13输出的交流电经三相桥式整流电路转换为直流电后提供给发电机励磁绕组21。
本实施例通过设置两个励磁调节器，两个励磁调节器共用发电机生成的电源，实现了发电机的励磁绕组供电的冗余控制，提高了发电机正常运行的可靠性。
优选地，本实施例中，发电机20的定子上设有定子电枢绕组23和定子附加绕组25，定子附加绕组25供电给第一励磁调节器31和第二励磁调节器32。优选地，为了提高供电的可靠性，定子附加绕组25并联连接至第一励磁调节器31和第二励磁调节器32，以满足第一励磁调节器31和第二励磁调节器32的可靠稳定供电。本实施例中，定子电枢绕组23和定子附加绕组25相互绝缘，间隔嵌放在发电机20的定子的定子槽内，使得定子电枢绕组23和定子附加绕组25之间无干扰。
本实施例中，优选地，励磁机励磁绕组11设于发电机20的定子上，第一励磁调节器31和第二励磁调节器32均设于无刷励磁发电机的机座上，以方便第一励磁调节器31和第二励磁调节器32直接供电给励磁机励磁绕组11，及第一励磁调节器31和第二励磁调节器32直接接收发电机20的输出电源，发电机20的输出电源为定子电枢绕组23的输出电源和/或定子附加绕组25的输出电源。
优选地，为了加强励磁调节器的输出电源的控制，优选地，本实施例中，第一励磁调节器31和第二励磁调节器32之间经CAN总线33连接，第一励磁调节器31和第二励磁调节器32中的至少一个连接有用于检测发电机20的定子电枢绕组23的输出电流的电流互感器40和用于检测发电机20的定子电枢绕组23的输出电压的电压互感器50。第一励磁调节器31和第二励磁调节器32通过电流互感器40检测发电机20的输出电流，通过电压互感器50检测发电机20的输出电压，且根据发电机20的输出电压和输出电流计算励磁调节器的输出电流大小，以控制发电机20的励磁电源大小。
优选地，为了加强第一励磁调节器31和第二励磁调节器32对励磁机励磁绕组11的供电的可靠性，本实施例中，第一励磁调节器31经接触器KM的常开触点导通至励磁机励磁绕组11，第二励磁调节器32经接触器KM的常闭触点导通至励磁机励磁绕组11，以使得同一时间只有一路励磁调节器供电给励磁机励磁绕组11。本实施例中，接触器KM设有冗余控制回路60，参照图2，冗余控制回路60包括：并联设置于控制电源两端的第一支路61和第二支路62。本实施例中，第一支路61和第二支路62经一切换开关SA连接至控制电源的正极(本实施例中采用+24V电源)，第一支路61上串接有接触器KM的线圈、第一继电器KA1的常闭触点和第二继电器KA2的常闭触点，且第一支路61上切换开关SA的两个触点(触点a和触点b)之间还并联有第三继电器KA3的常开触点；第二支路62上串接有第一继电器KA1的线圈、第三继电器KA3的常闭触点，第二支路62上切换开关SA的两个触点(触点c和触点d)之间还并联有第二继电器KA2的常开触点，其中，第二继电器KA2为用于检测第一励磁调节器31的故障状态的固态继电器，第三继电器KA3为用于检测第二励磁调节器32的故障状态的固态继电器。本实施例中，切换开关SA为旋钮开关。假设第一励磁调节器31供电给励磁机励磁绕组11的供电通道为A通道，第二励磁调节器供电给励磁机励磁绕组11的供电通道为B通道，本实施例的励磁机励磁绕组11的供电通道切换具有以下四种模式，具体如下：
模式一：手动投A通道
手动将切换开关SA的旋钮打到左边，以导通触点a和触点b，此时接触器KM的线圈得电，接触器KM的常开触点闭合，A通道导通，第一励磁调节器31供电给励磁机励磁绕组11。
模式二：手动投B通道
手动将切换开关SA的旋钮打到右边，以导通触点c和触点d，此时第一继电器KA1的线圈得电，第一支路61上的第一继电器KA1的常闭触点断开，接触器KM的线圈失电，接触器KM的常闭触点闭合，B通道导通，第二励磁调节器32供电给励磁机励磁绕组11。
模式三：A通道故障时自动投B通道
当A通道的第一励磁调节器31出现故障时，第二继电器KA2检测到第一励磁调节器31的故障，第一支路61上的第二继电器KA2的常闭触点断开，且第二支路62上的第二继电器KA2的常开触点导通，第一继电器KA1的线圈得电，第一支路61上的第一继电器KA1的常闭触点断开，接触器KM的线圈失电，接触器KM的常闭触点闭合，自动投入B通道，第二励磁调节器32供电给励磁机励磁绕组11。
模式四：B通道故障时自动投A通道
当B通道的第二励磁调节器32出现故障时，第三继电器KA3检测到第二励磁调节器32的故障，第二支路62上的第三继电器KA3的常闭触点断开，且第一支路61上的第三继电器KA3的常开触点导通，接触器KM的线圈得电，接触器KM的常开触点闭合，自动投入A通道，第一励磁调节器31供电给励磁机励磁绕组11。
本实施例，通过采用冗余控制回路60控制接触器KM的动作，实现了A、B通道的可靠准确切换及通道上的励磁调节器出现故障时的自动切换，以保证发电机20的正常运行。优选地，接触器KM的线圈的两端并联有用于起续流作用的二极管D。
优选地，本实施例中，该无刷励磁发电机用于燃气轮机发电机组，发电机20的转子与燃气轮机的输出轴同轴连接，以利用燃气轮机作为原动机，拖动发电机20进行发电。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无刷励磁发电机，其特征在于，所述无刷励磁发电机包括：交流励磁机(10)和发电机(20)，所述交流励磁机(10)用于根据所述发电机(20)的输出电源生成励磁电源并提供给所述发电机(20)的发电机励磁绕组(21)；
所述交流励磁机(10)包括：励磁机励磁绕组(11)和用于感应生成励磁电源的励磁机电枢绕组(13)；
所述无刷励磁发电机还包括：第一励磁调节器(31)、第二励磁调节器(32)，所述第一励磁调节器(31)和所述第二励磁调节器(32)经输出回路供电给所述励磁机励磁绕组(11)；所述第一励磁调节器(31)和所述第二励磁调节器(32)共用所述发电机(20)的输出电源。
2.根据权利要求1所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述发电机(20)的定子上设有定子电枢绕组(25)和定子附加绕组(25)，所述定子附加绕组(25)供电给所述第一励磁调节器(31)和所述第二励磁调节器(32)。
3.根据权利要求2所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述第一励磁调节器(31)和所述第二励磁调节器(32)之间经控制器局域网络CAN总线(33)连接，所述第一励磁调节器(31)和所述第二励磁调节器(32)中的至少一个连接有用于检测所述发电机(20)的定子电枢绕组(23)的输出电流的电流互感器(40)和用于检测所述发电机(20)的定子电枢绕组(23)的输出电压的电压互感器(50)。
4.根据权利要求3所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述励磁机励磁绕组(11)设于所述发电机(20)的定子上，所述励磁机电枢绕组(13)设于所述发电机(20)的转子上并经旋转整流器(70)与所述发电机(20)的转子上的发电机励磁绕组(21)连接，所述励磁机电枢绕组(13)、所述旋转整流器(70)和所述发电机励磁绕组(21)同轴旋转。
5.根据权利要求4所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述旋转整流器(70)为三相桥式整流电路。
6.根据权利要求3所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述第一励磁调节器(31)经接触器(KM)的常开触点导通至所述励磁机励磁绕组(11)，所述第二励磁调节器(32)经所述接触器(KM)的常闭触点导通至所述励磁机励磁绕组(11)。
7.根据权利要求6所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述接触器(KM)设有冗余控制回路(60)，所述冗余控制回路(60)包括：并联设置于控制电源两端的第一支路(61)和第二支路(62)；
所述第一支路(61)和所述第二支路(62)经一切换开关(SA)连接至所述控制电源的正极，
所述第一支路(61)上串接有所述接触器(KM)的线圈、第一继电器(KA1)的常闭触点和第二继电器(KA2)的常闭触点，所述第一支路(61)上所述切换开关(SA)的两个触点间还并联有第三继电器(KA3)的常开触点；
所述第二支路(62)上串接有所述第一继电器(KA1)的线圈、所述第三继电器(KA3)的常闭触点，所述第二支路(62)上所述切换开关(SA)的两个触点间还并联有第二继电器(KA2)的常开触点。
8.根据权利要求2至7任一所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述定子电枢绕组(23)和所述定子附加绕组(25)相互绝缘，间隔嵌放在所述发电机(20)的定子的定子槽内。
9.根据权利要求8所述的无刷励磁发电机，其特征在于，
所述发电机(20)的转子与燃气轮机的输出轴同轴连接。
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