CN2309013Y

CN2309013Y - 同步发电机无刷励磁装置

Info

Publication number: CN2309013Y
Application number: CN 97238821
Authority: CN
Inventors: 曾一峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2007-09-03

Abstract

本实用新型涉及电力生产中用到的一种电气装置,具体是同步发电机的无刷励磁装置,其特征是与同步发电机同轴装有直流励磁机,直流励磁机有两个定子,且两个定子的磁极错开布置,每个定子的磁极个数与发电机转子的磁极个数相同,每个定子的各磁极线圈分别串联,并分别通以大小相同相位相差90°的交流电。本装置还具有强励、强减、起励、灭磁的功能。本实用新型具有可靠性高,造价较低,综合维修费用少的特点。

Description

同步发电机无刷励磁装置

本实用新型涉及电力生产中用到的一种电气装置，具体是同步发电机的无刷励磁装置。

目前，同步发电机的励磁方式，按通入发电机转子上的直流电流是否要经过碳刷输入，可分为有刷励磁和无刷励磁两种方式。有刷励磁由于其技术成熟，而且比较方便地将备用励磁电源投入，所以应用普遍。但其最大的缺点是由于靠静止的碳刷经滑环将励磁电流通入转动的发电机转子，所以易产生火花，严重时会使刷架熔化造成事故。另外，磨损的碳粉会影响定子和转子的绝缘，污染发电机内部环境，碳刷的发热也是个不好处理的问题。而目前的无刷励磁利用二极管或可控硅将交流励磁机的输出交流变成直流，直接通入发电机转子线圈上。无刷励磁克服了有刷励磁的缺点，很有发展前途。但这种无刷励磁要用到整流元件，其发热是较严重的，可靠系数并不很高，需对其本身进行监视，而整流元件是旋转的，故监视很不方便，另外，对发电机转子绝缘及电压测量也不方便。所以目前这种无刷励磁方式应用少，尚在发展中。

本实用新型的目的就是针对上述同题而提供一种同步发电机无刷励磁装置，具有工作可靠，调整方便，功能齐全，制造容易的特点。

本实用新型的技术方案是，与同步发电机同轴装有直流励磁机，其特征是该直流励磁机有两个定子D1、D2，且两个定子D1、D2的磁极错开布置，每个定子的磁极的个数与对应的发电机转子的磁极个数相同，每个定子的各磁极线圈串联形成线圈L1、L2，并分别通以大小相同相位相差90°的交流电Ia、Ibc。

本实用新型的上述技术方案是，利用特殊的直流励磁机实现无刷励磁，无需硅整流元件。当然，为了实现起励、强励、灭磁、测量的功能，也用到了滑环、碳刷。在发电机转子和直流励磁机转子之间的大轴上装有两个滑环W1、W2，在每个滑环W1、W2周围装有碳刷T1、T2，碳刷T1、T2与拉簧相连后装入刷盒内，拉簧的另一端与刷盒相连，刷盒上装有绝缘气管，碳刷T1、T2通过导线与起励等电路连接。

下面结合实施例附图详细描述。

首先对附图进行说明：

图(一)是整个装置的电路原理图；

图(二)是自动控制图；

图(三)是同步发电机、滑环、直流励磁机的结构布置示意图；

图(四)为直流励磁机的M-M剖面图；

图(五)为直流励磁机的N-N剖面图；

图(六)为电流电压波形图；

图(七)为励磁机转子线棒连接图。

参见图(一)，这是整个装置电路原理图。其中1为Y/Y0三相交流变压器，其高压侧A、B、C与发电机出口A、B、C相连接，低压侧引出两个电压Uao、Ubc。该变压器与一般变压器略有不同：低压侧b、c两相匝数相等。均为a相的

，这样保证Uao=Ubc，ao超前bc90°。电压Uao加在线圈L1上，电压Ubc加在线圈L2上，L1、L2分别由励磁机定子D1、D2各磁极线圈串联组成。图中FMK为发电机灭磁开关，R1、R2为励磁调节电阻(电动或手动调节其大小)，R3、R4为固定电阻，HC1为强减交流接触器，A1、A2为交流电流表，V1、V2为交流电压表，运行时应保证测量值A1=A2,V1=V2。

直流励磁机的转子2输出直流电流，其“+”、“-”极分别经滑环W1、W2后接到发电机转子线圈L上。C1为滤波电容。碳刷T1与拉簧3相连一起装于刷盒4内，拉簧3另一端与刷盒4相连。正常时，弹簧3将碳刷T1拉紧，使碳刷T1不与滑环W1接触，同样，正常时碳刷T2也不与滑环W2接触。两个刷盒同时又与绝缘气管6相连。当电磁阀DCF打开时，压缩空气将碳刷T1、T2向上推，这样，碳刷T1、T2分别与滑环W1、W2接触，此时，电压表V3可测量发电机转子线圈L上的电压，绝缘监测装置5可测量转子对地绝缘状况。如果正是开机过程，再按AN1，则可给发电机转子通以起励电流；若是停机过程，因FMK的辅助常闭接点FMK1闭合，发电机转子上的电磁能量可通过电阻R5消耗掉，达到灭磁的目的。HC2为强励直流接触器，R6为限流电阻。

参见图(二)，这是为实现上述功能的自动控制图，AN1为起励按钮(有两对接点)，AN2为绝缘检查和电压测量按钮，FMK2也为灭磁开关FMK的辅助常闭接点，QL1、QL2为继电强励输出接点，DK为电磁空气阀DCF的线圈，QJ为继电强减输出接点，HC1、HC2为对应的接触器线圈，RD1、RD2为正负控制母线+KM,-KM的熔断器。当发电机输出电压过高时，QJ接点闭合，使HC1的线圈带电，HC1的常闭触头分开，这样R3、R4分别被串联在L1、L2的供电回路，使L1、L2上的电流迅速减少，达到降低发电机母线电压的目的。当发电机母线电压过低时，QL1、QL2接点自动闭合，一方面使DCF线圈DK带电，使压缩空气达到碳刷T1、T2的刷盒内，从而将碳刷T1、T2向上推动，使碳刷T1、T2分别与滑环W1、W2接触。另一方面，使HC2的线圈带电，即HC2的常开触头闭合，强励电源即经碳刷T1、T2、滑环W1、W2给发电机转子线圈L供电，使发电机母线电压升高。这里DCF选用带电打开，失电自关的电磁阀。

参见图(三)，这是同步发电机、滑环、直流励磁机的结构布置示意图。其中D1、D2为励磁机两个定子，2为励磁机转子，12为发电机定子，13为发电机转子，14为励磁机转子与发电机转子的连接大轴，15为发电机转子与水轮机或汽轮机连接的大轴。圆环形滑环W1、W2固定于大轴14上(但与大轴14绝缘)，励磁机转子2的引出线沿大轴14再经滑环W1、W2后达到发电机转子13上(图中未画出)。

参见图(四)，为直流励磁机定子D1的M-M剖面图，本实用新型以四极发电机为例进行说明，所以对应的励磁机定子D1的M-M剖面也有4个磁极，这4个磁极上的线圈串联即是线圈L1。在励磁机转子四个方向对称开有4条槽，每个槽内分别嵌有线棒X1′、X2′、X3′、X4′。与一般的电机一样，励磁机定子磁极、转子用硅钢片叠成，定子磁极线圈、转子槽内线棒均用绝缘材料包着。

由于Uao产生的电流ia是交流，所以励磁机定子磁极的极性是交变的，M-M剖面表示ia＞0时，各磁极极性，即磁极Ⅰ、Ⅲ为N极，Ⅱ、Ⅳ为S极。假设时间t=0时，ia=0，且线棒X′1正好转到图中位置。由于励磁机定子D1的磁极个数与发电机转子磁极个数相等，故t=t1时，线棒X′1逆时针转到磁极Ⅰ的中点位置，ia正好达到最大值(参见图六)。t=t2时，线棒X′1转到磁极Ⅰ、Ⅱ之间的中点，ia则正好为0。线棒X′1在t=0～t2的转动过程中，ia由0到最大再到0，磁极Ⅰ的极性不变，即为N极，根据右手定则可知，X′1上的感生电势方向，其大小是由0到最大再到0。选择合适的励磁机定子磁极表面形状，可保证X′1上的感生电势Ux′1的波形是三角波。当X′1继续逆时针转动，在t=t2～t4的过程中，由于ia＜0，故磁极Ⅱ由S极变为N极，也即X′1仍在N极下面切割磁力线。很明显。Ux′1的变化同t=0～t2。进一步分析可知，X′1在整个圆周运动中，总是在N极下面，其感生电势方向不变，大小是三角波变化。

参见图(五)，即励磁机定子D2的N-N剖面，这里也有四个磁极，但是这四个磁极Ⅰ′、Ⅱ′、Ⅲ′、Ⅳ′分别在磁极Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的空隙中间位置。该图也表示t=0时转子线棒X″1的位置(X″1与X′1实际为转子同一槽内的一根线棒的两段)。由于bc滞后a90°，所以

\overset{•}{I}

bc也滞后

\overset{•}{I}

a90°，所以t=0时ia=0,ibc为负的最大值(参见图六)，假设ibc＜0时，磁极Ⅰ′、Ⅲ′为N极，Ⅱ′、Ⅳ′为S极，根据右手定则可判定线棒X″1的感生电势Ux″1方向，并且，t=0时，Ux″1最大，t=t1时，Ux″1=0，其大小变化也是三角波。

从图六可知，t=0时,Ux′1=0,Ux″1最大，t=t1时，Ux′1最大，而Ux″1=0，进一步分析可知，由X′1、X″1组成的线棒X1上总的电势为Ux1=Ux′1+Ux″1是恒定不变的。同样地，转子槽内的其他每个线棒的电势也是恒定的，并且线棒X1、X3电势方向相同，而与线棒X2、X4方向相反。

参见图(七)，将励磁机转子各槽内上的线棒按一定顺序串联，则总的电势为Ux=Ux1+Ux2+Ux3+Ux4也是恒定的。当然，只要同步调节R1、R2的大小，即可改变ia、ibc，从而改变Ux大小。由于Ux直接加在发电机转子线圈上，故Ux=U_L。

为了得到较高的Ux，可以增大ia、ibc，也可增大励磁机转子尺寸，还可以在励磁机转子每槽内采用彼此绝缘的多根线棒，再将所有这些线棒按其感生电势方向进行串联即可。

从以上的分析可知，为了保证励磁机转子输出恒定的直流电压，应调整好励磁机定子D1、D2与发电机定子的相对位置，保证ia=0时，线棒X′1在磁极Ⅰ、Ⅳ之间的中点。

本实用新型的无刷励磁装置，虽然所用直流励磁机造价较高，但由于所用的励磁变压器容量小，故总的造价并不高，而且由于其可靠性很高，大大降低了综合维修费用，所以经济效益是不错的。

Claims

1、一种同步发电机无刷励磁装置，与同步发电机同轴装有直流励磁机，其特征是该直流励磁机有两个定子D1、D2，且两个定子D1、D2的磁极错开布置，每个定子的磁极个数与对应的发电机转子的磁极个数相同。每个定子的各磁极线圈串联形成线圈L1、L2，并分别通以大小相同相位相差90°的交流电Ia、Ibc。

2、根据权利要求1所述的同步发电机无刷励磁装置，其特征是在发电机转子(13)和直流励磁机转子(2)之间的大轴(14)上装有两个滑环W1、W2，在每个滑环W1、W2周围装有碳刷T1、T2，碳刷T1、T2与拉簧(3)相连后装入刷盒(4)内，拉簧(3)的另一端与刷盒(4)相连，刷盒(4)上装有绝缘气管(6)，碳刷T1、T2通过导线与起励等电路连接。