專利名稱：小型發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種小型單相發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器，尤其是在寬范圍轉(zhuǎn)速情況下，輸出比較穩(wěn)定電壓的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器。
目前生產(chǎn)的小型單相發(fā)電機(jī)，均采用三次諧波勵(lì)磁(見

圖1)，其優(yōu)點(diǎn)是三次諧波電壓隨負(fù)載增加而升高，能使發(fā)電機(jī)端電壓在負(fù)載從零至額定值時(shí)基本維持不變，具有自動(dòng)穩(wěn)壓作用，但其前提條件是發(fā)電機(jī)電壓頻率必須是50HZ，頻率升高，電壓會(huì)成正比升高，飛車時(shí)升高的電壓甚至?xí)龤в秒娖骶撸?dāng)頻率下降時(shí)，電壓也會(huì)下降，致使照明燈泡光通量嚴(yán)重不足。
當(dāng)前我國(guó)沿海機(jī)動(dòng)小型漁船上裝備的發(fā)電機(jī)基本上都是上述小型發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量3～12KW，負(fù)荷主要是照明白熾燈，發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng)，當(dāng)晚上正常作業(yè)時(shí)，柴油機(jī)以額定轉(zhuǎn)速工作，發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。當(dāng)柴油機(jī)加速時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓超過額定值，極易燒燈泡，因此有的漁船采用250V的燈泡。當(dāng)作業(yè)完成后，為了省油，柴油機(jī)必須在低速(1/3-1/2額定轉(zhuǎn)速)下工作，此時(shí)發(fā)電機(jī)只能發(fā)出100V左右的電壓，晚上照明嚴(yán)重不足，影響夜間工作(如分揀魚類)。
為了防止柴油機(jī)加速時(shí)過高的電壓，有人在發(fā)電機(jī)輸出端加裝市售穩(wěn)壓器，但都被燒壞，原因是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)電壓達(dá)到甚至超過300V，一般穩(wěn)壓器受不了。而低速時(shí)如何升高電壓，至今尚未有任何產(chǎn)品可解決此問題。
本實(shí)用新型的目的，是為漁船上所用的小型發(fā)電機(jī)提供一種寬頻率范圍的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它能使發(fā)電機(jī)在額定頻率時(shí)輸出額定電壓(230V)，在超速直至飛車(60～100HZ)時(shí)仍使發(fā)電機(jī)電壓不高于額定值。而在最低速(35HZ)至少保持3/4左右的額定電壓，保證白熾燈有足夠的亮度。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的線路見圖2、其基本原理是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓升降自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使電壓穩(wěn)定在額定值附近。圖2中，取消了三次諧波電路，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)功率取自發(fā)電機(jī)定子繞組，由于發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組所消耗的功率一般只占發(fā)電機(jī)功率的3-5％左右，因此從定子取勵(lì)磁功率對(duì)發(fā)電機(jī)輸出功率影響不大。
圖2中，可控硅SCR的陽(yáng)極接到定子繞組L1的下端，SCR的陰極與二極管D1正極串聯(lián)連接，D1陰極與轉(zhuǎn)子滑環(huán)炭刷F1連接，滑環(huán)炭刷F2與定子繞組L1的上端直接相連，續(xù)流二極管D2的陰極與F1及D1的陰極連接，D2的陽(yáng)極與F2、L1的上端相連。圖2中的控硅SCR、二極管D1、定子繞組L1組成一個(gè)可控半波整流電路，代替三次諧波繞組向磁場(chǎng)繞組L2供電，由于可控硅可以移相觸發(fā)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)勵(lì)磁電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
采用上述方案的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器，由于所用元件都是小功率(幾安培電流)器件，因此它具的體積小、損耗少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、穩(wěn)壓性能靈敏可靠的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳述圖1是現(xiàn)有三次諧波勵(lì)磁單相發(fā)電機(jī)線路圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例主電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例完整線路圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例各點(diǎn)波形圖。
各圖中L1-發(fā)電機(jī)定子繞組，L2-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組L3-發(fā)電機(jī)三次諧波繞組，F(xiàn)1、F2-滑環(huán)、炭刷；SCR-可控硅，D1、D2-二極管，J-起勵(lì)繼電器；R1-電阻，R2-電壓整定電位器，A1、A2-運(yùn)算放大器；Y-反相驅(qū)動(dòng)器，Va-矩形電壓，Vb-鋸齒波電壓；Vc-移相電壓，+V1-電源電壓，+V2-測(cè)量電壓；V3-正半波同步電壓；本實(shí)用新型主電路原理圖見圖2，L1為發(fā)電機(jī)定了繞組，發(fā)電機(jī)的電能由它產(chǎn)生并輸出給負(fù)載，其額定電壓為交流230V。L2為轉(zhuǎn)子磁極繞組，它通過滑環(huán)炭刷F1、F2與自動(dòng)勵(lì)磁主回路相連。
自動(dòng)勵(lì)磁主線路由控制可控硅SCR、整流二極管D1、續(xù)流二極管D2，起勵(lì)繼電器的常閉觸點(diǎn)J所組成。SCR與D1串聯(lián)連接組成一個(gè)半波整流電路，其SCR對(duì)L1的半波電壓進(jìn)行移相斬波，D1只允許正半波的移相電壓通過，不允許中負(fù)半波通過，D1輸出的半波移相電壓通過炭刷、滑環(huán)F1進(jìn)入磁場(chǎng)線圈L2，經(jīng)F2至L1的上端而形成半波整流回路。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)SCR的導(dǎo)通角，就可以控制通過磁場(chǎng)線圈L2的電流大小，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的目的。
圖2中，起勵(lì)繼電器J的線圈并聯(lián)在發(fā)電機(jī)輸出端，它實(shí)際是一個(gè)電壓繼電器，其常閉觸點(diǎn)的一端與SCR的控制極連接，另一端則與SCR的陽(yáng)極連接。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來后，由于轉(zhuǎn)子有剩磁，會(huì)在定子繞組L1上感應(yīng)生成幾伏的微小交流電壓。此時(shí)由于SCR的控制極與陽(yáng)極通過常閉觸點(diǎn)J直接連通，使SCR成為一個(gè)二極管，于是剩磁電壓通過SCR、D1，整流后由滑環(huán)F1、F2加載到磁極線圈L2，進(jìn)一步加強(qiáng)磁極的剩磁，如此循環(huán)往復(fù)，發(fā)電機(jī)定子線圈L1上的電壓便很快上升，電壓升到60％額定值時(shí)，接在L1兩端的起勵(lì)繼電器動(dòng)作，于是常閉觸點(diǎn)斷開，SCR轉(zhuǎn)入移相觸發(fā)狀態(tài)。
一般在無電情況下，要使可控硅導(dǎo)通，必須在控制極通入由電池供電的觸發(fā)電流，本實(shí)用新型在起勵(lì)時(shí)，利用繼電器J常閉觸點(diǎn)，使剩磁電壓直接進(jìn)入可控硅控制極，使其導(dǎo)通變成二極管而完成起勵(lì)過程，這是本實(shí)用新型與眾不同之處。
雖然調(diào)壓器輸出的半波移相電壓是不連續(xù)的，但由于轉(zhuǎn)子磁極線圈是大電感，其電流不會(huì)突變，加上有續(xù)流二極管D2的作用，因此流過L2的電流是連續(xù)的。
二極管D1的作用一是半波整流，二是當(dāng)起勵(lì)時(shí)，防止常閉觸點(diǎn)J直通引起負(fù)半周電壓短路。由于D1的存在，SCR既可用單向可控硅，也可用雙向可控硅、增大了元件選擇的自由度。三是承受反向電壓，當(dāng)電源為負(fù)半周時(shí)，反向電壓主要由D1承受，減小或消除了可控硅SCR反向擊穿的可能性，大大提高了電路的可靠性、這是本實(shí)用新型與一般半波可控整流電路不同的地方。
下面給出一個(gè)帶自動(dòng)移相觸發(fā)線路的完整具體實(shí)施例(見圖3)圖3中，SCR、D1、D2、J組成半波可控整流勵(lì)磁主電路，其工作原理前面已經(jīng)詳述。圖3中，運(yùn)放A1、A2、反相驅(qū)動(dòng)器Y等元件組成一個(gè)自動(dòng)移相觸發(fā)脈沖線路，用以觸發(fā)可控硅SCR。自動(dòng)移相線路各點(diǎn)電壓波形見圖4。
圖3中，同步半波電壓V3經(jīng)運(yùn)放A1限幅放大后輸出為矩形波(波形見圖4(b))，此矩形波經(jīng)電阻R1，電容C組成的積分器，在電容C上獲得鋸齒波電壓Vb(見圖4(C))，此鋸齒波電壓與測(cè)量電壓(測(cè)量電壓取自發(fā)電機(jī)電壓)+V2在運(yùn)放A2中比較，于是A2輸出移相脈沖(波形見圖4(d))。
自動(dòng)移相穩(wěn)壓過程如下當(dāng)電壓整定電位器R2處于一定位置時(shí)，測(cè)量電壓與鋸齒波相交于一定時(shí)間t1，A2輸出觸發(fā)脈沖寬度為t1、t2，此寬度就是可控硅的導(dǎo)通角，可控硅輸出的勵(lì)磁電流剛好使發(fā)電機(jī)輸出電壓為額定值。當(dāng)發(fā)電機(jī)由于負(fù)載增加或轉(zhuǎn)速降低而使電壓降低時(shí)，測(cè)量電壓下降。由圖4(c)可見，當(dāng)測(cè)量電壓+V2下降時(shí)，與鋸齒波的交點(diǎn)也下降，t1點(diǎn)左移，于是移相脈沖加寬，導(dǎo)至SCR導(dǎo)通角增加，輸出勵(lì)磁電流增加，促使發(fā)電機(jī)電壓回升。
反之，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載減輕或轉(zhuǎn)速增加時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓有上升趨勢(shì)，觸發(fā)脈沖寬度變小，可控硅SCR導(dǎo)通角減小，減少了勵(lì)磁電流，于是促使發(fā)電機(jī)電壓下降。
由于上述自動(dòng)移相觸發(fā)作用，從而使電機(jī)在負(fù)載及轉(zhuǎn)速變化很大時(shí)，仍具有很好的穩(wěn)壓作用，保證了白熾燈負(fù)載的正常用電。
權(quán)利要求1.一種發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器，由可控硅與二極管將定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組連接，其特征是可控硅SCR與二極管D1串聯(lián)連接后，一端與定子繞組L1的一端連接，另一端與轉(zhuǎn)子繞組的F1端連接，二極管D2與轉(zhuǎn)子繞組L2并聯(lián)，定子繞組另一端與轉(zhuǎn)子繞組F2端用導(dǎo)線直接連接，在可控硅SCR上連接起勵(lì)繼電器常閉觸點(diǎn)J；
2.根據(jù)權(quán)利要1所述的發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器，其特征是二極管D1、D2相連處的極性相同，起勵(lì)繼電器常閉觸點(diǎn)J并聯(lián)在可控硅SCR的控制極與陽(yáng)極上。
專利摘要小型發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓器，由可控硅、整流二極管、續(xù)流二極管、自動(dòng)移相觸發(fā)電路和起勵(lì)繼電器組成半波可控整流回路，將發(fā)電機(jī)定子輸出的小部分交流功率變成依據(jù)負(fù)荷或轉(zhuǎn)速變化而變化的直流功率，供給轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁，從而使發(fā)電機(jī)負(fù)荷或轉(zhuǎn)速在較大范圍內(nèi)變化時(shí)仍保持輸出電壓穩(wěn)定，克服了現(xiàn)有小型發(fā)電機(jī)電壓隨轉(zhuǎn)速變化而變化的缺點(diǎn)，保證阻性負(fù)荷白熾燈亮度基本不隨轉(zhuǎn)速而變化。滿足了漁船照明的需要。本實(shí)用新型具有造價(jià)低廉，穩(wěn)壓性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠性高，諧波小的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P9/38GK2447991SQ0023496
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2000年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月24日
發(fā)明者陳甲標(biāo) 申請(qǐng)人:陳甲標(biāo), 沈維好