CN204334266U - 一种七次谐波励磁无刷同步发电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种七次谐波励磁无刷同步发电机，所述发电机主要由主发电机和交流励磁机二机同轴组成，交流励磁机定子磁极绕组的直流励磁源取自主发电机定子铁芯中的三相七次谐波绕组经整流器整流而成的直流电源；发电机定子42槽，极数4极，相数3相，主发电机转子做成整体凸极式。本实用新型七次谐波励磁无刷同步发电机电气性能具有比基波励磁、三次谐波励磁、五次谐波励磁无刷同步发电机电气性能都更优的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电力设备，具体涉及一种七次谐波励磁无刷同步发电机。
背景技术
国家发明专利公开号CN101562382A ZL200910115439.8公开了一种五次谐波励磁无刷同步发电机，五次谐波励磁无刷同步发电机克服了基波励磁短路电流倍数小和与主绕组有电磁干扰的缺陷，也克服了三次谐波励磁发电机并联时中线电流对三次谐波磁场去磁大的缺陷，因此，五次谐波励磁无刷同步发电机电气性能具有比基波励磁和三次谐波励磁无刷同步发电机电气性能更优的特点。
上述专利五次谐波励磁无刷同步发电机中发电机定子60槽，极数4极，相数3相，三相五次谐波绕组与三相主绕组之间正交，无电磁干扰，但若在发电机定子42槽，极数4极，相数3相时，无法布置三相五次谐波绕组与三相主绕组间正交，因而必然存在电磁干扰现象，达不到五次谐波励磁无刷同步发电机所应具有的电气性能，故有寻求新的谐波励磁无刷同步发电机的必要。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种七次谐波励磁无刷同步发电机，以克服在发电机定子42槽，极数4极，相数3相的条件下不适应采用五次谐波磁技术的缺陷，因为在这种条件下3相五次谐波绕组与3相主绕组之间无法正交布置，主绕组与五次谐波绕组两套绕组间存在电磁干扰现象，影响了电气性能，不能做成高品质无刷发电机。而在这种条件下，采用七次谐波励磁技术，3相七次谐波绕组与3相主绕组之间采用适当的绕组结构，可以使七次谐波绕组与与主绕组正交布置，主绕组与七次谐波绕组之间实现无电磁干扰现象，电气性能优良，可以做成高品质无刷同步发电机。
本实用新型是这样来实现的，一种七次谐波励磁无刷同步发电机，发电机由主发电机和交流励磁二机同轴组成，交流励磁机定子磁极绕组的直流励磁源取自主发电机定子铁芯中的三相七次谐波绕组经整流器整流形成的直流电源；其特征在于：发电机定子42槽，极数为4极，相数3相，主发电机转子做成整体凸极式，定子与转子间有均匀气隙，极弧系数为0.8，发电机主绕组为分数槽不等匝的同心式双层绕组，由六个相同的线圈组形成三相对称绕组，每个线圈组有七个线圈，七个线圈又由两部分同心式的线圈组成，第一部分由四个同心式线圈组成，线圈节距从大到小分别为10，8，6，4，而每个线圈的匝数从大到小分别为8，6，4，1；第二部分由三个同心式线圈组成，线圈节距从大到小分别为9，7，5，而每个线圈的匝数从大到小分别为7，5，2；三相七次谐波绕组的节距为1，极数是主绕组极数的7倍，是3相对称的等匝线圈单层绕组，主绕组中无七次谐波含量，七次谐波绕组中无基波含量，因而七次谐波绕组与主绕组正交，无电磁干扰，故这种七次谐波自励磁具有它励励磁性能，励磁不受负载干扰。
本实用新型的技术效果是，虽然在发电机定子槽42槽，相数4极，相数3相中不宜采用五次谐波励磁，因3相五次谐波绕组与3相主绕组无法正交布置，相互间不可避免有电磁干扰，而采取七次谐波励磁，可以使3相七次谐波绕组与3相主绕组正交布置，互相无电磁干扰现象，电气性能优良，可以做成高品质无刷同步发电机，达到了发明的目的。
附图说明
图1为本实用新型的定子主绕组U相（UN绕组）布置图。
图2为本实用新型的七次谐波绕组布置图。
图3为本实用新型的电气原理图。
图中１为定子，２为转子。
具体实施方式
如图１所示，实施一台七次谐波励磁无刷同步发电机，定子槽数42槽，极数4极，相数3相，并联支路数ａ=２，定子主绕组是一种分数槽不等匝的双层绕组。以U相为例，UN绕组并联支路数a=2，U1N1为一条并联支路，U2N2为另一条并联支路，U1N1为一个线圈组，U2N2为另一个线圈组，每相，如UN（即U相）有2个线圈组，三相共有6个线圈组。
以一个线圈组U1N1为例，每个线圈组有七个线圈，七个线圈由两部分同心式的线圈组成，第一部分有四个同心式线圈，线圈节距从大到小依次为10，8，6，4，而每个线圈的匝数从大到小依次为8，6，4，1；第二部分有三个同心式线圈，线圈节距从大到小依次为9，7，5，而每个线圈的匝数从大到小依次为7，5，2；
U相绕组UN由二个线圈组U1N1和U2N2并联组成，如图1所示，同样V相绕组VN由二个线圈组V1N1和V2N2并联组成（未画出），W相绕组WN由二个线圈组W1N1和W2N2并联组成（未画出），六个线圈组结构即节距和匝数规律完全相同，V，W与U相绕组，即VN，WN与UN绕组互差120o电角度，构成对称的三相绕组，每相并联支路数a=2，三相四线引出U，V，W，N，这种分数槽不等匝同心式绕组在定子槽内形成双层结构，这种不等匝布置消除七次谐波，且五次谐波含量也很小，不但电压波形畸变率小，而且有利于采用七次谐波励磁方式，保证主绕组与七次谐波绕组无电磁干扰，主绕组的电枢反应也不对七次谐波磁场去磁，以保证七次谐波励磁的动态能力。
如图2所示，a7x7，b7y7，c7z7所示，七次谐波绕组的节距为1，极数为主绕组极数的7倍，即28极，3相对称，形成的绕组每个线圈等匝等距，3相构成对称单层绕组，a7x7，b7y7，c7z7为星形连接，即x7，y7，z7相接在一起，不引出，只引出a7，b7，c7，简称三相七次谐波绕组。因此发电机的每个槽中有双层的主绕组，也有单层的七次谐波绕组，每个槽都是3层，槽满率基本平衡。七次谐波绕组中无基波电势，故七次谐波绕组不受主绕组的干扰，也不受基波电枢反应的干扰；因为主绕组中不含7次谐波，七次谐波绕组中也不含基波，故主绕组与七次谐波绕组是正交的，互相都无电磁干扰。除无干扰的优点之外，还有的优点是，主磁场中的七次谐波含量还随负载增加，励磁电流也增加，这也使得七次谐波磁场增加，以保证负载大小变化时，七次谐波能量大小也随着变化的能力，动态性能好。这种方式克服了基波磁场源与主绕组有干扰及难以维持短路电流倍数等于或大于3倍额定电流的缺点，也克服了三相三次谐波励磁绕组与主绕组也有干扰的缺点，还克服了三次谐波励磁发电机并联时中线电流大，对三次谐波磁场去磁大，容易造成的并联振荡，工作不稳定的缺点，也克服了在定子槽42槽，极数4极，相数为3相的情况下，三相五次谐波绕组无法与主绕组正交布置，互相有电磁干扰的缺点；在结构上无须附加永磁副励磁机，只需要主发电机和交流励磁机二机同轴组成，比具有副励磁机的三机同轴组成的无刷发电机的轴向长度短，结构简单，体积小，重量轻，成本低，而性能上又与具有永磁副励磁机的三机同轴无刷同步发电机的性能相当。
下面更详细的分析、计算，证明本实施例适宜采用七次谐波励磁，而不宜采用五次谐波励磁的原因。
（一） 7次谐波绕组中无基波感应的证明
以a7x7七圈线圈中左导体为例，感应的电势形成7个矢量，7个矢量成正7边形，故其基波感应电势和为零，右导体7个电势矢量和也为零，由此得出在7次谐波绕组中无基波感应电势。
（二） 基波绕组中，7次谐波绕组系数Kad7=0。
（三） 基波绕组中，5次谐波绕组系数Kad5=-0.0149，故若用5次谐波励磁，5次谐波磁场必然会对主绕组产生干扰现象，故在42槽4极3相的发电机中无法找到5次谐波绕组与主绕组正交无电磁干扰的布置结构。
根据上述（一）、（二）分析及计算，说明本实施具体方式方法的方案，七次谐波绕组确实与主绕组之间无电磁干扰，而（三）的计算说明本实施例中确实不宜采用五次谐波励磁方式。
如图3所示，定子1中U，V，W，N为主发电机三相主绕组，并联支路数a=2，三相四线引出，a7，b7，c7为三相七次谐波绕组，主绕组和七次谐波绕组同下在主发电机的定子铁芯槽中；Z1为三相全波整流器，E1E2为励磁机的定子励磁绕组；转子2中，F1F2为主发电机的凸极转子励磁绕组，a，b，c为励磁机转子三相对称绕组，Z2为三相全波整流器，R为压敏电阻，整台发电机是由一台凸极转场式主发电机和一台凸极转枢式交流励磁机二机同轴组成的。这种七次谐波励磁无刷同步发电机结构上是主发电机和交流励磁机二机同轴结构，但其电气性能要优于基波励磁方式的或三次谐波励磁方式的二机同轴结构的无刷同步发电机的电气性能，也克服了在定子42槽，4极3相的无刷同步发电机中不宜采用五次谐波励磁的缺陷。
故具体实施方案，达到了发明的目的。
Claims (1)
1.一种七次谐波励磁无刷同步发电机，主要由主发电机和交流励磁机二机同轴组成，交流励磁机定子磁极绕组的直流励磁源取自主发电机定子铁芯中的三相七次谐波绕组经整流器整流而成的直流电源；其特征在于：发电机定子42槽，极数4极，相数3相，主发电机转子做成整体凸极式，定子与转子间有均匀气隙，极弧系数为0.8；发电机主绕组为分数槽不等匝的同心式双层绕组，由6个相同的线圈组形成三相对称绕组，并联支路数为a=2，每相由二个线圈组并联，每个线圈组有七个线圈组成，七个线圈又由两部分同心式的线圈组成，第一部分有四个同心线圈，线圈节距从大到小依次为10，8，6，4，而每个线圈的匝数从大到小依次为8，6，4，1，第二部分有3个同心式线圈，线圈节距从大到小依次为9，7，5，而每个线圈的匝数从大到小依次为7：5：2；三相七次谐波绕组的节距为1，极数是主绕组极数的7倍，即极数为28极，是等距等匝的3相对称单层绕组；主绕组中无七次谐波含量，七次谐波绕组中无基波含量，七次谐波绕组与主绕组间无电磁干扰。
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| CN104506004B (zh) * | 2014-12-23 | 2017-05-10 | 泰豪科技股份有限公司 | 一种七次谐波励磁无刷同步发电机 |
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Granted publication date: 20150513 Effective date of abandoning: 20170510 |
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